[发明专利]一种水烛香蒲状MoS2

说明书

本发明公开了一种水烛香蒲状MoS₂/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用，属于电化学新能源材料技术领域。该MoS₂/碳纳米纤维复合材料是以竹炭纤维作为模版、硫脲作为硫源、二水合钼酸钠作为钼源，通过水热合成后再高温煅烧的方法制得，所制得的复合材料具有独特的水烛香蒲状形貌和一维碳纳米导电骨架，将该复合材料用作锂硫电池硫正极插层，能够有效抑制多硫化锂穿梭效应且加快多硫化锂的氧化还原反应，从而极大降低硫正极的极化作用并提升其循环稳定性和库伦效率。

技术领域

本发明涉及电化学新能源材料技术领域，具体涉及一种水烛香蒲状MoS₂/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于化石燃料和煤、原油、矿物等不可持续资源的迅速减少，现代社会要求从自然可持续的、丰富的、低成本的材料(如硫和碳)中开发高效的储能设备。

硫被认为是一种有吸引力的可充电锂电池的高容量正极材料由于其高的理论比容量(1672mAh/g)和理论能量密度(2600Wh/kg)。因此，锂硫(Li-S)电池成为下一代能源存储设备最有希望的候选者之一。然而，Li-S电池的商业化仍受到诸多问题的阻碍，例如活性物质利用率低、循环稳定性差、库仑效率低等。研究者们相信这些问题主要是由严重的多硫化锂穿梭效应和极慢的氧化还原反应动力学因素引起的。

为了克服上述障碍，人们致力于设计多功能、多结构的阴极材料，以减轻多硫化锂穿梭效应，改善硫的电化学动力学。具有可调孔隙率和纳米结构的高导电性碳材料是制备碳/硫复合材料中应用最广泛的基体材料。然而，非极性碳材料与聚硫阴离子的相互作用较弱，导致了不可避免的放电衰减和较差的循环稳定性。近年来，金属氧化物、金属氮化物、和金属多硫化物等极性金属化合物被证明是有效的多硫化物吸收剂，可进一步改善锂电池的循环稳定性。这些金属化合物要么在碳基体上原位生长，要么与碳材料混合。在这些候选者中，MoS₂也表现出良好的化学吸附多硫化锂的能力，此外，MoS₂作为一种具有较强催化能力的电催化剂也能催化多硫化锂的快速氧化还原反应转化，然而MoS₂本身的导电性并不好，如果直接将MoS₂与单质硫复合形成正极材料，由于极差的导电性反而使得S/MoS₂正极的电化学性能并不能提高。

因此，十分有必要研发一种导电性好、能够有效抑制穿梭效应且能加速多硫化锂氧化还原反应的功能材料以提升锂硫电池的电化学性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种MoS₂/碳纳米纤维复合材料，该复合材料呈水烛香蒲状，具有良好的导电性，能够有效抑制穿梭效应且加快多硫化锂的氧化还原反应，从而极大降低硫正极的极化作用并提升其循环稳定性和倍率性能。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种水烛香蒲状MoS₂/碳纳米纤维复合材料的制备方法，其包括以下步骤：以竹炭纤维作为模版、硫脲作为硫源、二水合钼酸钠作为钼源，于140～200℃下进行水热合成后，洗涤干燥，在700～900℃下于含氢的混合气体中高温煅烧即得。

作为本发明优选的实施方式，所述竹炭纤维、硫脲、二水合钼酸钠的质量比为1:(0.2～1)：(0.038～0.248)。

作为本发明优选的实施方式，所述水热合成的反应时间为12～18h。

作为本发明优选的实施方式，所述含氢的混合气体为N₂/H₂混合气体或Ar/H₂混合气体；其中，H₂的体积分数为5％。

作为本发明优选的实施方式，所述高温煅烧的煅烧时间为1～2h。