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一种纳米复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米复合材料及其制备方法和应用，所述纳米复合材料为MoS2超薄纳米片与Sb纳米片的嵌覆复合结构，属于钠离子电池电极材料制备技术领域。利用溶剂热法一步合成MoS2/Sb纳米复合材料，MoS2可以有效缓解Sb在充放电过程中的体积扩张，Sb可以阻止MoS2纳米片的叠加，通过两种材料的协同效应，提高了复合材料作为钠离子电池负极材料的循环稳定性及储钠性能。本发明制备过程简单，重复性高，产物稳定且周期短，利于方便生产。经该方法所得到的MoS2/Sb复合材料具有二维嵌覆结构，作为钠离子电池负极材料具有高的可逆比容量，优异的循环稳定性的特点。

Description

一种纳米复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于钠离子电池电极材料制备领域，具体涉及一种纳米复合材料及其制备方法和应用，该纳米复合材料为嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料，还涉及一种采用溶剂热方法制备嵌覆结构的MoS2/Sb高性能钠离子电池负极材料的方法。
背景技术
随着人们对于可再生能源及新能源的广泛关注，以及新能源汽车及智能电网的大力发展，研究高效便捷的储能技术已成为世界范围内的研究热点。相较于锂离子电池受困于全球锂资源的匮乏，钠离子电池因具有与锂离子电池相似的物理化学性质及储量丰富、价格低廉等优势而具有非常广阔的应用前景。
钠离子电池相较于锂离子电池在电极材料方面又有着较为明显的差异，例如石墨已经广泛应用于商业锂离子电池中，并具有很高的理论容量，但却不能应用于钠离子电池中。因此，探索具有应用价值的钠离子电池负极材料一直是研究者们的目标。
发明内容
本发明提供了一种纳米复合材料及其制备方法和应用，该纳米复合材料为嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料，该方法制备过程简单，可重复性高，产物性能稳定，反应周期短，经该方法制备的MoS2/Sb钠离子电池负极材料具有二维嵌覆结构，可逆比容量高，循环稳定性好的特点。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种纳米复合材料，所述纳米复合材料为MoS2超薄纳米片与Sb纳米片的嵌覆复合结构。
上述的嵌覆结构MoS2/Sb复合材料的制备方法步骤如下：
(1)在10-20mL乙二醇中加入0.05-0.3g MoO3及1-1.5g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在10-20mL乙二醇中加入0.2-0.3g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在180-200℃，反应12-24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥6-12h。
本发明还公开了采用上述合成方法制备的嵌覆结构MoS2/Sb用作钠离子电池负极材料。
其中，金属Sb因为可以与钠发生合金化反应具有很高的理论容量(660mAh/g)，从而吸引了很多研究人员的关注，但其在与钠发生反应的过程中具有严重的体积扩张效应而具有较差的循环稳定性能，从而限制了其进一步的应用。
MoS2是一种具有典型层状结构的类石墨材料，0.62nm的层间距为钠离子的嵌入和脱出提供了极为有利的条件。MoS2独特的层状结构可以缓冲金属或金属氧化物在充放电过程中的体积扩张效应，可以使负极材料具有更为优异的循环稳定性，同时其较高的理论容量也保证了电极的高可逆性能。MoS2与金属或金属氧化物复合后，在保证高可逆比容量的前提下，可以大幅度提高钠离子电池负极材料的循环稳定性，具有极为广阔的应用前景。
本发明首次利用一锅溶剂热法合成MoS2/Sb嵌覆纳米结构，并通过调节反应物比例获得了性能最佳的合成产物。将得到的MoS2/Sb复合材料应用于钠离子电池电极材料，获得了极为优异的性能。钠离子电池在100mA g-1的电流密度下，循环一百次后仍能保持很高的比容量，证明了嵌覆结构的MoS2/Sb复合纳米材料具有很好的电池容量和循环稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料及其制备方法，利用溶剂热法一锅合成MoS2/Sb纳米复合材料。MoS2可以有效缓解Sb在充放电过程中的体积扩张，Sb可以阻止MoS2纳米片的叠加。通过两种材料的协同效应，提高了复合材料作为钠离子电池负极材料的循环稳定性及储钠性能。本发明制备过程简单，重复性高，产物稳定且周期短，有利于规模化生产。经该方法所得到的MoS2/Sb复合材料具有二维嵌覆结构，作为钠离子电池负极材料具有高的可逆比容量，优异的循环稳定性的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的MoS2/Sb产物的XRD图；
图2为本发明实施例1制备的MoS2/Sb产物的TEM照片；
图3为本发明实施例1制备的MoS2/Sb产物的HRTEM照片；
图4为本发明实施例1所得到的MoS2/Sb复合纳米片电极的循环性能图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提供了嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料的制备方法。
制备步骤为：
(1)在10-20mL乙二醇中加入0.05-0.3g MoO3及1.0-2.0g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在10-20mL乙二醇中加入0.2-0.3g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在180-200℃，反应12-24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥6-12h。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在20mL乙二醇中加入0.14g MoO3及1.2g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在20mL乙二醇中加入0.2g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在200℃，反应24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥12h。
参见图1，从图1可以得知，通过溶剂热法可以制备出MoS2/Sb复合材料，其XRD谱图中的衍射峰可以和标准卡片的衍射峰相对应，表明了产物具有较好的纯度和结晶性。
参见图2、3，从图中可以看出MoS2/Sb具有明显的嵌覆结构，具体表现为5-10nm的Sb纳米片嵌覆在几百纳米的MoS2纳米片上，且分布较为均匀。
参见图4，图4显示了嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料具有优异的循环稳定性和较高的可逆比容量。在100mA/g的电流密度下，MoS2/Sb电极材料经过100圈循环后，比容量仍能保持在650mAh/g以上，表明嵌覆结构的MoS2/Sb纳米复合材料具有优异的循环稳定性和可逆比容量。
实施例2
一种嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在20mL乙二醇中加入0.28g MoO3及1.2g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在20mL乙二醇中加入0.2g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在200℃，反应24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥12h。
实施例3
一种嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在20mL乙二醇中加入0.07g MoO3及1.2g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在20mL乙二醇中加入0.2SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在200℃，反应24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥12h。
实施例4
一种嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在20mL乙二醇中加入0.14g MoO3及1.2g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在20mL乙二醇中加入0.2g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在180℃，反应24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥12h。
实施例5
一种嵌覆结构MoS2/Sb钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在20mL乙二醇中加入0.14g MoO3及1.2g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在20mL乙二醇中加入0.2g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴加入溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在200℃，反应12h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥12h。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
(1)在10-20mL乙二醇中加入0.05-0.3g MoO3及1-1.5g Na2S，磁力搅拌后得到溶液A；
(2)在10-20mL乙二醇中加入0.2-0.3g SbCl3，经磁力搅拌得到溶液B；
(3)在稳定的磁力搅拌条件下，将所述溶液B逐滴加入所述溶液A中，滴加完毕后将所得的混合溶液转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，温度维持在180-200℃，反应12-24h后，自然冷却至室温。
(4)产物离心分离，并用去离子水和乙醇冲洗若干次后置于真空干燥箱内干燥6-12h，得嵌覆结构MoS2/Sb复合材料。
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