CN103904334A - 一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二硫化钼/石墨烯(MoS2/rGO)锂离子电池负极材料及其制备方法，用水热法制备得到了MoS2/rGO复合材料，制备成半电池后测试显示其比容量高，循环性能稳定。该方法简单可靠，工艺重复性好，可操作性强。其制备方法包括一下几步：1)取适量钼酸钠、硫脲、氧化石墨烯为原料；2)用水热法制备得到样品；3)过滤、洗涤、真空干燥后得到所需产品。

Description

一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料及其制备方法，特别涉及一种二硫化钼/石墨烯(MoS2/rGO)锂离子电池负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是目前使用最广泛的可充电移动电源，至今为止，它已被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电子翻译器等方面，此外，它还在医学器件、电动汽车、航空航天、国防军事等领域有着广泛的应用前景和发展空间。锂离子电池电极材料是目前锂离子电池研究的核心，其中对于负极材料的研究主要集中于以下几个方面：较低的电极电位、较高的比容量及良好的循环稳定性、与电解质和粘合剂等电池组成部分的良好的兼容性、较低的生产成本以及安全无污染的环境友好性。目前石墨由于循环稳定性好，工作电压较高，材料来源广，生产成本低廉而被广泛用为锂离子电池负极材料，且已商业化。但是，石墨电极的比容量却相对较低(～375mAh/g)，这也限制了锂离子电池的进一步发展。因此，如何制备出性能更好的负极材料成了近年来锂离子电池研究的热点。
具有典型层状结构的二硫化钼(MoS2)拥有与石墨相似的结构：层内S-Mo-S原子之间由较强的共价键结合，而层与层之间则由较弱的范德华力结合。正是由于MoS2层间较弱的键合，使得其可以通过插层的方法在其层间引入外来的分子、原子或离子而不改变其层内的结构，形成复合材料。作为锂离子电池负极材料，MoS2有着很高的初始容量(～670mAh/g)，其特殊的层状结构利于Li+的嵌入与脱出。然而，由于其本身低的电子/离子电导率及在脱嵌锂过程中严重的体积膨胀使得其循环稳定性极低。此外，在电池反应过程中，MoS2与Li+发生反应生成了难溶的Li2S，Li2S又催化了电解液的分解从而形成了厚的聚合物层导致了不可逆的容量损失，这也是其循环稳定性差的原因。因此如何提高MoS2的循环稳定性，成了MoS2作为锂离子电池负极材料研究的关键。
如果将MoS2与碳材料结合起来形成复合材料，可能会获得高容量和良好循环稳定性的电极材料。石墨烯是当前碳材料的研究热点，将MoS2与石墨烯复合起来，研究其复合材料的电化学性能，为新型锂离子电池电极材料的发展提供研究基础。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种二硫化钼/石墨烯(MoS2/rGO)锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法简单可靠，工艺重复性好，可操作性强。
本发明采用以下技术方案：
采用水热法制备，包括如下步骤：
步骤1、以钼酸钠、硫脲、氧化石墨烯和去离子水配制MoS2/rGO的反应原料；
步骤2、将步骤1所述MoS2的反应原料放入水热反应釜中，在180～220℃下进行水热反应得到MoS2/rGO黑色产物；
步骤3、将步骤2所述MoS2/rGO过滤、洗涤后放入真空干燥箱烘干；
步骤1中钼酸钠和硫脲物质的量之比为1:3.75～4.5，钼酸钠和氧化石墨烯的物质的量的比为1:1～3。
步骤1中氧化石墨烯由Hummers法制得。
步骤3中所述干燥条件为60～90℃下干燥。
本发明的机理分析：
在水热反应条件下发生了如下反应：
4Na2MoO4+15CS(NH2)2+6H2O→
4MoS2+Na2SO4+6NaSCN+24NH3(g)+9CO2(g)
其中Na2MoO4作为钼源，CS(NH2)2作为硫源及还原剂，将Na2MoO4中的Mo6+还原为Mo4+，同时将氧化石墨烯还原。
有益效果：
1.本发明采用水热法制备得到产品，该方法简单可靠，工艺重复性好，可操作性强。
2.本发明所得产品组装成半电池后进行电化学性能测试，测试结果显示该材料具有高的比容量和优异的循环稳定性。
附图说明
图1是制备得到的MoS2/rGO复合材料的X射线衍射图谱；
图2是制备得到的MoS2/rGO复合材料的阻抗谱；
图3是制备得到的MoS2/rGO复合材料的CV曲线；
图4是制备得到的MoS2/rGO复合材料的循环特性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定发明的实施范围。
本发明的二硫化钼/石墨烯(MoS2/rGO)锂离子电池负极材料及其制备方法，采用水热法制备，包括如下步骤：
步骤1、按物质的量比为1:3.75～4.5:1～3取钼酸钠、硫脲、氧化石墨烯和去离子水30ml配制MoS2/rGO的反应原料；
步骤2、将步骤1所述MoS2的反应原料放入水热反应釜中，在180～220℃下进行水热反应23～25h，得到MoS2/rGO黑色产物；
步骤3、将步骤2所述MoS2/rGO过滤、洗涤后放入真空干燥箱，在60～90℃下烘干。
实施例1
步骤1、取钼酸钠0.300g、硫脲0.354g、氧化石墨烯0.014g和去离子水30ml配制MoS2/rGO的反应原料；
步骤2、将步骤1所述MoS2的反应原料放入水热反应釜中，在180℃下进行水热反应23h，得到MoS2/rGO黑色产物；
步骤3、将步骤2所述MoS2/rGO过滤、洗涤后放入真空干燥箱，在60～90℃下烘干。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，步骤1中钼酸钠0.300g、硫脲0.400g、氧化石墨烯0.028g和去离子水30ml；步骤2中反应温度为200℃，反应时间为24h；其他与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1不同的是，步骤1中钼酸钠0.300g、硫脲0.425g氧化石墨烯0.042g和去离子水30ml；步骤2中反应温度为220℃，反应时间为25h；其他与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，采用水热法制备，包括如下步骤：
步骤1、以钼酸钠、硫脲、氧化石墨烯和去离子水配制MoS2/rGO的反应原料；
步骤2、将步骤1所述MoS2/rGO的反应原料放入水热反应釜中，在180～220℃下进行水热反应得到MoS2/rGO黑色产物；
步骤3、将步骤2所述MoS2/rGO过滤、洗涤后放入真空干燥箱烘干。
2.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中钼酸钠和硫脲物质的量之比为1:3.75～4.5，钼酸钠和氧化石墨烯的物质的量的比为1:1～3。
3.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中氧化石墨烯由Hummers法制得。
4.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中所述干燥条件为60～90℃下干燥。
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