CN112010291B - 一种镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法及应用 - Google Patents

一种镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法及其作为硫宿主材料在锂硫电池正极上的应用，具体步骤如下：（1）利用改进的Hummer's法制备氧化石墨烯胶体溶液；（2）一步水热分子原位生长法制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料水凝胶柱；（3）通过纯水浸洗和冷冻干燥技术得到镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料复合材料。本发明反应过程在水溶液中进行，无需添加其它表面活性剂和金属配位剂等，步骤简单、环保，条件温和，对设备要求低，原料成本低廉，便于工业量产。与现有报报道相比，这种具有超薄三明治型结构镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料作为新型锂硫电池硫宿主正极材料及催化剂等领域具有极大的应用前景。

Description

一种镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法及 应用
技术领域
本发明属于纳米复合材料制备领域，具体涉及一种应用于锂硫电池正极材料的超薄三明治型结构镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法。
背景技术
随着工业和社会经济的快速发展，能源以及环境问题正变得越来越严重。不断增长的能源需求使环保高效的能源转换与存储系统的研究与开发不断提速。若要实现可再生能源作为主要发电能源的发展目标，迫切需要高容量、高功率密度、高能量密度、长循环寿命和低成本的储能设备。如今，以锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、锂-O2电池、太阳能电池等二次电池为代表的电化学储能与转换设备正在经济和社会发展中发挥着重大作用。虽然锂离子电池是目前商业化二次电池中性能最好的电池体系，但由于其常使用的正极材料理论容量较低，难以满足目前对于高比能量电池的需求。而锂硫电池一方面具有较高的理论能量密度、比容量、原料丰富和价格低廉等优点，另一方面在使用后低毒，并且回收利用时所需能耗较低，使其成为现在最具开发前景的二次电池体系之一。但锂硫电池同时也存在的一些问题阻碍了其商业化的进程：1.单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫在室温下的电导率极低(5.0×10-30S/cm)，反应的最终产物Li2S2/Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能。2.锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中，增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫化物能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费(shuttle效应)。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。3.硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g/cm，在充放电过程中有高达80％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致阴极材料形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，破坏电极结构从而造成容量的衰减。近些年来，许多研究工作者已经探索出很多具有特殊纳米结构的碳基材料作为硫宿主材料。虽然在一定程度上解决了导电性差的问题，提高了锂硫电池的比容量，但其容量衰减快和循环稳定性差的问题依旧亟待解决。近些年来，由于过渡金属硫化物、磷化物、氮化物和硒化物所具有的催化作用可以极大抑制充放电过程中多硫化物引起的“穿梭效应”，从而提高电池的比容量，已经受到一些研究者的重视。但由于这些材料自身导电性较差限制了其在锂硫电池的广泛应用。因此设计一种含有强催化作用的过渡金属化合物和高导电性、高比表面积的碳基材料的纳米复合材料是至关重要的。
发明内容
针对现有锂硫电池正极宿主材料导电性差和循环过程中产生多硫化物引起的穿梭效应的问题，本发明提供一种超薄三明治型结构镍掺杂二硫化钼/石墨烯层状复合材料的制备方法，并将所制备的复合材料作为正极宿主材料在锂硫电池中应用。本发明采用石墨烯为碳基材料可以提高材料的导电性，同时石墨烯和Ni掺杂MoS2通过物理和化学作用可以有效抑制多硫化物的穿梭，提高了硫的利用率，增强了锂硫电池的寿命。同时实验方法简便易于操作，实验成本低廉且对环境无污染，适合工业化大规模应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备氧化石墨烯胶体溶液
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
采用优化改进的Hummer's法制备氧化石墨烯，取干燥洁净的容器，加入体积份为70毫升质量浓度为98％的浓硫酸，把容器放在冰水中冰浴；称取重量份为2克的鳞片石墨加入到进行过冰水浴的浓硫酸溶液中，然后进行机械搅拌20～30min；称取重量份为8克的高锰酸钾缓慢加入到上述溶液中，加入时尽可能慢，待溶液变成绿色，高锰酸钾完全加完后，再冰浴2～3个小时；然后移至35℃恒温水浴锅中匀速搅拌12h，变成粘稠的黄褐色浆状物；把容器移出水浴锅，在搅拌状态下，分6次，每次加入体积份为46毫升的水稀释，使由黏稠的黄褐色浆状物变成褐色溶液；量取体积份为25毫升质量浓度为30％的H2O2加入到上述褐色溶液中，待溶液由褐色变成金黄色，带有金黄色片状物；再用9500r/min的转速离心，倾去上清液，沉淀物分别用质量浓度为5％的稀盐酸和去离子水各洗涤三次，把样品均匀铺在表面皿上，把表面皿放在冷冻干燥仪中24h冻干，即得到黄褐色的氧化石墨粉末；
(2)制备镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱
将一定量的无水草酸和硫脲加入第(1)步中制备的氧化石墨烯胶体溶液中，搅拌直至全部溶解；再加入一定量的钼盐和镍盐，搅拌1-2min，得到前驱体溶液；将所制得的前驱体溶液转移到反应釜中，在180℃的烘箱中恒温加热36h，制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱；
(3)制备镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料
将第(2)步中制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱用纯水反复浸洗除去可溶性杂质，利用真空冷冻干燥方法制备三明治型结构镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料。
优选的，所述步骤(2)中，钼盐为钼酸盐。
优选的，所述步骤(2)中，镍盐为醋酸镍。
优选的，所述第(2)步制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱中钼盐和镍盐的总金属离子浓度为5×10-3～1×10-1mol/L，其中，钼和镍的原子比为97:3。
优选的，所述第(2)步制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱中无水草酸的浓度为8.3g/L。
优选的，所述第(2)步制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱中硫脲的浓度为3.28×10-2～6.56×10-1mol/L。
上述制备方法制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料三明治型结构，厚度d＝5～10nm。
上述制备方法制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料在锂硫电池正极材料的应用。
与现有技术发明相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过简单的一步水热法合成了一种超薄三明治型结构的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料，并成功将其作为电极材料运用于锂硫电池正极方面。由于层状结构的镍掺杂二硫化钼和石墨烯本身薄层状结构的相互堆叠形成了三明治型结构(d≤10nm)，使镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料具有高的比表面积。同时镍元素掺杂会引起二硫化钼结构缺陷使其具有更多的反应活性位点，增强了催化作用。故镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料具有抑制穿梭效应、增强电荷传输能力和加快反应动力学等优点，从而使镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料作为正极材料在锂硫电池中应用时可以得到优异的倍率和循环性能。
(2)本发明的制备方法中GO上的一些官能团可以诱导镍盐、钼盐和硫脲反应，在静电相互作用和配位原理的基础上，通过简单的一步水热原位自组装合成，制备出新型三明治型结构镍掺杂二硫化钼/石墨烯杂化物的夹心型超薄片(d≤10nm)。这种层状结构使复合材料具有高的比表面积，可以有效的提高硫含量以及容纳Li2S/Li2S2的沉积。
(3)本发明的制备方法中镍的掺杂使二硫化钼表面产生丰富的缺陷结构，这些缺陷结构导致反应活性位点的增加，从而增强了二硫化钼的催化作用。由于石墨烯材料具有较高的导电性，提高了镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料整体导电性。同时又因为材料具有高比表面积和强的催化能力增强了对多硫化锂的吸附作用、抑制了穿梭效应、加快了反应动力学，从而提高了锂硫电池的循环和倍率性能。
(4)本发明整个实验过程操作简便且反应条件温和对环境无污染，同时成本低廉，适合工业大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的扫描电镜照片；
图2为本发明实施例1制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的X射线衍射图；
图3为本发明实施例1制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的透射电镜照片；
图4为本发明测试实施例1作为锂硫电池正极的倍率性能图；
图5为本发明测试实施例2作为锂硫电池正极的倍率性能图；
图6为本发明测试实施例3作为锂硫电池正极的倍率性能图；
图7为本发明测试实施例4作为锂硫电池正极的倍率性能图；
图8为本发明测试实施例5作为锂硫电池正极的倍率性能图；
图9为本发明测试对比例、实施例1和实施例4作为锂硫电池正极的循环性能图，其中，a为实施例1，b为实施例4，c为对比例；
图10为本发明实施例4制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合对比例和实施例对本发明优选方案进行进一步描述，这些描述只是进一步说明本发明的优点，而不是对本发明范围的限制。
本发明所需全部药品皆为分析纯，且均可在市场购买。
对比例
本对比例为二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)氧化石墨烯胶体溶液的制备
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
(2)二硫化钼/石墨烯气凝胶的制备
向步骤(1)中氧化石墨烯溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵，搅拌1-2min，得到前驱溶液；前驱溶液包括1.5g/L氧化石墨烯、8.3g/L草酸、8.8×10-2mol/L硫脲、1.3×10-2mol/L钼酸铵；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36h，制得二硫化钼/石墨烯气凝胶；
(3)二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备
将步骤(2)中制得的二硫化钼/石墨烯气凝胶用纯水反复洗涤后，放置于冷冻干燥机中冻干制得二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
(4)硫复合过程
将步骤(3)中制备的二硫化钼/石墨烯复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12h后加热到200℃保持60min除去表面多余硫。
实施例1
本实施例的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)氧化石墨烯胶体溶液的制备
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
(2)镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶的制备
向步骤(1)中氧化石墨烯胶体溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵和醋酸镍，搅拌1-2min，得到前驱溶液，其中，前驱溶液包括1.5g/L氧化石墨烯、8.3g/L草酸、8.8×10-2mol/L硫脲、总离子浓度为1.3×10-2mol/L钼酸铵和醋酸镍(钼和镍的原子比为97:3)；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36h，制得二硫化钼/石墨烯气凝胶；
(3)镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备
将步骤(2)中制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶用纯水洗涤几次后，放置于冷冻干燥机中冻干制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
(4)硫复合过程
将步骤(3)中制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12h后加热到200℃保持60min除去表面多余硫。
本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合扫描电镜图片和材料X射线衍射图如图1和图2所示。扫描电镜图片显示层状结构的镍掺杂二硫化钼与石墨烯很好地结合在一起，形成了三维复合结构。其X射线衍射图表示镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料并没有因镍元素的掺杂改变原有的二硫化钼相结构，复合材料的晶型结构对应数据库标准卡片为JCDSC#00-009-0312，并在24°左右出现了属于石墨烯的碳峰。本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料的透射电镜照片如图3所示，透射电镜图片清楚的表明其三明治型层状结构，其厚度为5～10nm。本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料不同倍率下的循环性能图如图4所示。
实施例2
本实施例的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)氧化石墨烯胶体溶液的制备
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
(2)镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶的制备
向步骤(1)中氧化石墨烯胶体溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵和醋酸镍，搅拌1-2min，得到前驱溶液，前驱溶液包括1.5g/L氧化石墨烯、8.3g/L草酸、3.28×10-2mol/L硫脲、总离子浓度为5×10-3mol/L钼酸铵和醋酸镍(钼和镍的原子比为97:3)；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36h，制得二硫化钼/石墨烯气凝胶；
(3)镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备
将步骤(2)中制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶用纯水洗涤几次后，放置于冷冻干燥机中冻干制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
(4)硫复合过程
将步骤(3)中制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12h后加热到200℃保持60min除去表面多余硫。
本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料不同倍率下的循环性能图如图5所示。
实施例3
本实施例的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)氧化石墨烯胶体溶液的制备
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体水溶液；
(2)镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶的制备
向步骤(1)中氧化石墨烯胶体溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵和醋酸镍，搅拌1-2min，得到前驱溶液，前驱溶液包括1.5g/L氧化石墨烯、8.3g/L草酸、1.82×10-1mol/L硫脲、总离子浓度为2.7×10-2mol/L钼酸铵和醋酸镍(钼和镍的原子比为97:3)；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36h，制得二硫化钼/石墨烯气凝胶；
(3)镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备
将步骤(2)中制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶用纯水洗涤几次后，放置于冷冻干燥机中冻干制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
(4)硫复合过程
将步骤(3)中制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12h后加热到200℃保持60min除去表面多余硫。
本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料不同倍率的循环性能图如图6所示。
实施例4
本实施例的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)氧化石墨烯胶体溶液的制备
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
(2)镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶的制备
向步骤(1)中氧化石墨烯胶体溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵和醋酸镍，搅拌1-2min，得到前驱溶液，前驱溶液包括1.5g/L氧化石墨烯、8.3g/L草酸、3.28×10-1mol/L硫脲、总离子浓度为5×10-2mol/L钼酸铵和醋酸镍(钼和镍的原子比为97:3)；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36h，制得二硫化钼/石墨烯气凝胶；
(3)镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备
将步骤(2)中制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶用纯水洗涤几次后，放置于冷冻干燥机中冻干制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
(4)硫复合过程
将步骤(3)中制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12h后加热到200℃保持60min除去表面多余硫。
本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料不同倍率的循环性能图如图7所示。
实施例5
本实施例的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法，具体步骤为：
(1)氧化石墨烯胶体溶液的制备
利用改进后的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
(2)镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶的制备
向步骤(1)中氧化石墨烯胶体溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵和醋酸镍，搅拌1-2min，得到前驱溶液，其中，前驱溶液包括1.5g/L氧化石墨烯、8.3g/L草酸、6.56×10-1mol/L硫脲、总离子浓度为1×10-1mol/L钼酸铵和醋酸镍(钼和镍的原子比为97:3)；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36h，制得二硫化钼/石墨烯气凝胶；
(3)镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备
将步骤(2)中制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶用纯水洗涤几次后，放置于冷冻干燥机中冻干制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
(4)硫复合过程
将步骤(3)中制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12h后加热到200℃保持60min除去表面多余硫。
本实施例中镍掺杂二硫化钼/石墨烯复合材料不同倍率的循环性能图如图8所示。
本发明镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法全部实验过程操作简便且反应条件温和对环境无污染，同时成本低廉，适合工业大规模生产。
应用例
镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料在锂硫电池中的应用：
将本对比例、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5作为锂硫电池正极宿主材料组装电池进行电化学测试。图4至图8为五种不同浓度下的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维负载硫复合材料的不同倍率测试。图9为对比例、实施例1和实施例4三种不同浓度下的负载硫的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料在同一倍率下的循环性能图。图10为复合材料的总金属离子浓度为5×10-2mol/L时的扫描电镜图片。通过图4至图8五种不同浓度下的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维负硫复合材料的不同倍率测试和图9三种不同浓度下的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维负硫复合材料在同一倍率下的循环性能图得到的实验结果表示，镍元素的掺杂能提升锂硫电池的性能。同时浓度对该复合材料的性能影响较大，浓度较小时，镍掺杂二硫化钼片层结构不能很好地与石墨烯结合，表现出较差的性能。但随着金属离子浓度的增加，自身具有层状结构的镍掺杂二硫化钼会自聚导致与石墨烯的结合变弱(如图10所示)，从而导致倍率性能和循环性能的降低。对于实施例1来说，当速率从0.1C提高到0.2C、0.5C、1C和2C时，比容量分别为1152.9mAh·g-1、944mAh·g-1、844.4mAh·g-1、786mAh·g-1和757.2mAh·g-1。高倍率循环后，当电流密度切换到0.1C时，比容量恢复到992.4mAh·g-1。本发明实施例1在0.2C的倍率下初始容量为1152.9mAh·g-1，100周后放电容量为800mAh·g-1(保留率为66.7％)并且库仑效率大于99％。相比之下，对比例和实施例4作为正极材料时初始放电容量分别为1227mAh·g-1和1287mAh·g-1，在第100次循环后分别保持了58.4％和52.7％。以上实验数据说明按照实施例1中实验方案制备的镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料具有优异的对多硫化锂的吸附能力和电化学催化作用，对提高锂硫电池能量密度和循环寿命有很大的启发作用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料在锂硫电池正极材料中的应用，其特征在于，该应用具体为将镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料与高纯硫粉以7:3的质量比充分研磨后转移到瓷舟中；将瓷舟放置到密封的充满氩气的管式炉中，155℃热处理12 h后加热到200℃保持60 min制成锂硫电池的正极材料；
所述镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）制备氧化石墨烯胶体溶液
利用改进后的Hummer’s 方法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯按1.5 g/L的浓度溶于纯水中形成氧化石墨烯胶体溶液；
（2）制备镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱
向步骤（1）中氧化石墨烯胶体溶液中加入无水草酸，待完全溶解后，加入硫脲，搅拌至全部溶解，再加入钼酸铵和醋酸镍，搅拌1-2min，得到前驱溶液，其中，前驱溶液包括1.5 g/L氧化石墨烯、8.3 g/L草酸、8.8×10-2 mol/L硫脲、总离子浓度为1.3×10-2 mol/L钼酸铵和醋酸镍，钼和镍的原子比为97:3；将前驱溶液转移到反应釜中，将反应釜放置180℃的恒温烘箱中加热36 h，制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱；
（3）制备镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料
将步骤（2）中制得的镍掺杂二硫化钼/石墨烯气凝胶柱用纯水洗涤后，放置于冷冻干燥机中冻干制得镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料；
所述镍掺杂二硫化钼/石墨烯三维复合材料为5～10 nm厚的三明治型层状结构。
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