一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，将钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板加水和乙醇分散，超声混合均匀，放入聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应后得到含有模板的二硫化钼硫化锡复合材料，最后经过氢氟酸刻蚀除去模板，得到中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料。本发明专利技术所制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料具有较好的反应活性，在电极反应中具有协同作用，故作为电极材料应用于锂离子电池和钠离子电池中大大提升了其倍率性能和循环稳定性，具有成为一种优良的储能材料的潜力并广泛应用于锂离子和钠离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法
本专利技术涉及一种储能器件材料的制备方法，尤其是涉及一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法。
技术介绍
随着时代的发展，世界人口的不断增长，人类对能源的需求与日俱增，然而能源枯竭、环境问题等日益威胁着人类的安全和社会的进步。探索环保、可持续的、高效的新能源是从根本上解决这些难题的最可靠途径之一。然而，新能源的进一步使用和推广必须要将发电系统和储能系统有效地结合起来，因此进一步发展储能技术变得十分迫切和重要。化学电源可以实现电能和化学能之间的相互转化，可以使能源得到更加合理和便捷地使用。锂离子电池[3]具有诸多优点如：工作电压高、能量密度高、自放电率低以及循环寿命长、安全性能好和无记忆效应等，这使得其成为广泛研究的热点。然而，随着锂电池消耗的不断增加及锂资源的匮乏和分布不均，使得诸多研究者转而进一步开发诸如钠离子、镁离子、钾离子等一系列类似于锂离子电池的离子电池，试图用更廉价和储量丰富的金属来代替锂，以进一步缓解资源以及能源的匮乏。二硫化钼作为一种典型的过渡金属二元化合物,具有类石墨烯的层状结构，层间距为0.65nm能够方便锂离子及其他类似的离子嵌入，使其能够应用于电化学储能。虽然二硫化钼具有诸多优势，但在实际应用中也面临各种问题。对于其在储能方面的应用，二硫化钼在充放电反应过程中，由于锂离子及其他类似金属离子的嵌入和脱出，会导致其体积膨胀，进而粉化，原有的纳米结构坍塌，造成堆叠，导致其活性位点和比表面积的减少，使其不能充分和电解液接触，电子传输路径增大，不利于电极反应的可逆性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述二硫化钼材料在电极反应过程中存在的短板而提供一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，使其在锂离子电池和钠离子电池的应用中的倍率和循环性能得到较大的提升。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，采用以下步骤：(1)将钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板加水和乙醇分散均匀；(2)对步骤(1)得到的混合溶液进行超声和搅拌；(3)将搅拌后的混合液转入反应釜中加热；(4)将步骤(3)所得的产物离心洗涤干燥；(5)将步骤(4)得到的样品置于管式炉中退火；(6)将步骤(5)得到的粉末用氢氟酸刻蚀，制备得到中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料。步骤(1)中所述钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板的质量比为0.04-0.15:0.02-0.1:0.2:0.05-0.2，所述水和乙醇的加入量为10-50ml/0.04-0.15g钼酸钠。步骤(2)中超声的频率为80赫兹，超声时间为5-30min，搅拌时间为10-30min。步骤(3)中通过水热反应进行加热，将反应液转移到高压反应釜中，加热温度控制在150-250℃，时间控制在8-24h。步骤(4)离心时采用水为溶剂，控制转速为5000-10000rpm，时间为3-10分钟，干燥的温度为40-80℃，时间为1-2d。步骤(5)在惰性气氛下退火，控制升温速率为5-10℃/min，退火温度为400-800℃，时间为200-600min。步骤(6)中的氢氟酸的体积浓度控制在5-30％，刻蚀的时间控制在1-10h。上述工艺参数中钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板的质量比对最终产物性能有决定性影响。如果二氧化硅模板加入的量太多会导致包覆不均匀，二氧化硅球部分裸露，不能形成球状结构，最终导致在电极反应过程中材料的力学性能较差，材料坍塌，循环性能和倍率性能较差。如果二氧化硅模板加入的量太少会导致二硫化钼和硫化锡的自身聚集、堆叠，从而导致暴露的活性位点减少，反应活性降低，降低材料的比容量。制备得到的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料为二硫化钼和硫化锡原位复合的超薄纳米片组装而成的中空球状结构。与现有技术相比，本专利技术采用的方法合成的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料较大提升了其在锂离子电池和钠离子电池中的倍率和循环性能，并且制备方法简单，材料的稳定性较好。所制备的产物为二硫化钼和硫化锡原位复合的超薄纳米片组装而成的中空球状结构。一方面，中空结构可以缓解体积膨胀，减小应力对电极材料的破坏，同时可以实现结构纳米化，减少二硫化钼在反应过程中的堆叠现象，增加比表面积，实现离子的高效传输，有利于提高电池的倍率和比容量。另一方面，复合结构通过将两种材料均匀复合在一起，可以防止在电极反应过程中，小颗粒逐渐融合成大颗粒，造成团聚。该方法所制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料可用于锂离子电池和钠离子电池中，并提高了该材料的倍率和循环性能，具备成为一种优良的电极材料的潜力并广泛应用于储能器件中。。附图说明图1为实施例1-4制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的扫描电子显微镜照片。图2为实施例1制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的透射电子显微镜照片。图3为实施例1制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料组装的锂离子电池的倍率性能图。图4为实施例1制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料组装的锂离子电池的循环性能图。图5为实施例1制备的中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料组装的钠离子电池的循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1将0.06g钼酸钠、0.07g锡酸钠、0.2g硫代乙酰胺和0.07g二氧化硅模板加入100mL烧杯中，加入水和乙醇40mL(20:20/v:v)，分散均匀。将混合溶液进行超声10min，搅拌30min。将搅拌后的混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，加热至250℃，反应18h。对所得产物用去离子水进行洗涤，转速6000rpm/min，时间为5分钟，随后进行干燥，温度为50℃，时间为1d。将得到的样品置于管式炉中退火，条件为650℃，持续5h，升温速率5℃/min；将得到的粉末用氢氟酸刻蚀，制备得到中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料。所制备的样品如图1A所示，在扫描电子显微镜下，可以观察到超薄卷曲的柔性纳米片均匀组装成球状。透射电子显微镜照片如图2所示，在透射电子显微镜中，可以观察到二硫化钼硫化锡复合结构的中空球的形貌。实施例2将0.15g钼酸钠、0.02g锡酸钠、0.2g硫代乙酰胺和0.06g二氧化硅模板加入100mL烧杯中，加入水和乙醇40mL(20:20/v:v)，分散均匀。将混合溶液进行超声10min，搅拌30min。将搅拌后的混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，加热至250℃，反应18h。对所得产物用去离子水进行洗涤，转速6000rpm/min，时间为5分钟，随后进行干燥，温度为50℃，时间为1d。将得到的样品置于管式炉中退火，条件为650℃，持续5h，升温速率5℃/min；将得到的粉末用氢氟酸刻蚀，制备得到中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料。所制备的样品如图1B所示。实施例3将0.05g钼酸钠、0.05g锡酸钠、0.2g硫代乙酰胺和0.2g二氧化硅模板加入100mL烧杯中，加入水和乙醇40mL(20:2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)将钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板加水和乙醇分散均匀；(2)对步骤(1)得到的混合溶液进行超声和搅拌；(3)将搅拌后的混合液转入反应釜中加热；(4)将步骤(3)所得的产物离心洗涤干燥；(5)将步骤(4)得到的样品置于管式炉中退火；(6)将步骤(5)得到的粉末用氢氟酸刻蚀，制备得到中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)将钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板加水和乙醇分散均匀；(2)对步骤(1)得到的混合溶液进行超声和搅拌；(3)将搅拌后的混合液转入反应釜中加热；(4)将步骤(3)所得的产物离心洗涤干燥；(5)将步骤(4)得到的样品置于管式炉中退火；(6)将步骤(5)得到的粉末用氢氟酸刻蚀，制备得到中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料。2.根据权利要求1所述的一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中所述钼酸钠、锡酸钠、硫代乙酰胺和二氧化硅模板的质量比为0.04-0.15:0.02-0.1:0.2:0.05-0.2。3.根据权利要求1所述的一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中所述水和乙醇的加入量为10-50ml/0.04-0.15g钼酸钠。4.根据权利要求1所述的一种制备中空结构的二硫化钼/硫化锡复合材料的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金虎，茹佳佳，贺婷，郝天姿，陈炳杰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31