一种S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法技术

一种S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，将钼酸铵同硫充分研磨得到混合物A；将一定量的硫充分研磨得到B；将A和B分别置于双温区管式炉中，排去空气，一定温度下钼酸铵同硫反应得到花状MoS2；同时硫化学气相沉积在MoS2上得到S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料。二硫化钼层状化合物具有大的层间距，可容纳钠离子，并具有高的理论容量。但二硫化钼纳米片之间容易团聚，用于钠离子电池时充放电体积膨胀大造成稳定性较差、容量衰减明显。通过将纳米硫颗粒沉积在MoS2纳米片上，能够提高纳米MoS2片的分散性，有效避免MoS2片的团聚，缓解MoS2在充放电过程中的体积膨胀，改善MoS2电化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
钠离子电池有望替代目前占主导地位的商用能源存储系统锂离子电池，成为新一代能源存储体系以满足市场的广泛需求。但由于钠离子半径约为锂离子的1.4倍，商用锂离子电池的主要负极活性材料石墨不适用于钠离子电池。因此，迫切需要寻求适用于钠离子电池负极活性材料。MoS2为二维层状化合物，层间距离高达0.62纳米，便于半径较大的钠离子嵌入/脱出，有望成为钠离子电池的主要负极材料之一。但片状MoS2在充放电过程中因体积膨胀产生叠加及结构坍塌，阻碍离子扩散及电化学反应，导致循环稳定性差是其作为钠离子电池活性物的主要弊端。纳米尺寸的MoS2颗粒之间具有更多空间来缓冲在充放电过程体积膨胀产生的应力，减缓MoS2片层叠加，使得电池循环稳定性得到一定的改善。但是纳米材料容易团聚，因此解决纳米二硫化钼团聚是合成纳米MoS2用于钠离子电池负极材料需要解决的问题。南开大学陈军课题组合成了MoS2纳米花用于钠离子电池负极材料，表现出稳定的电化学性能(Angew.Chem.Int.Edit.2014,53,12794-12798.)。采用碳材料和二硫化钼复合可有效改善二硫化钼的电化学性能。如用碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯作为支撑材料，可改善纳米MoS2的循环性能。中国科技大学余彦教授等采用静电纺丝技术合成碳纳米纤维支撑的纳米MoS2(Angew.Chem.Int.Edit.2014,17,2152-2156.)；苏州大学李彦光教授及中南大学王海燕教授，以N-甲基吡咯烷酮为剥离剂制备MoS2纳米片/单壁碳纳米管、MoS2纳米片/石墨烯复合纳米电极材料(AcsNano2016,10,8821-8828.)；美国德雷塞尔大学YuryGogotsi教授及澳大利亚悉尼科技大学GuoxiuWang教授采用水热法合成了8-12层MoS2紧密排布在碳纤维上都表现出了稳定的电化学性能(Adv.EnergyMater.2016,6,1502161.)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过化学气相沉积将S沉积到花状MoS2表面从而提高MoS2片的分散程度，改善MoS2电化学稳定性的S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：1)取0.1～0.5g的市售钼酸铵与0.3～0.7g的市售硫混合，充分研磨得到均匀混合物A；2)取0.4～0.6g的市售硫充分研磨得到B；3)将混合物A置于双温区管式炉的出气口，B置于双温区管式炉的进气口，然后通入氩气排去双温区管式炉中的空气；4)设置双温区管式炉的出气口以8～15℃/min的升温速率自室温升温至600～800℃，保温30～60min，使钼酸铵同硫反应后得到花状MoS2；5)同时设置双温区管式炉的进气口以3～6℃/min的升温速率自室温升温至350～450℃，保温30～60min，将硫化学气相沉积到MoS2上，得到S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料。2、根据权利要求1所述的S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)氩气流速为80～150sccm，通气时间为30～60min，然后调节氩气流速至30～60sccm。由于二硫化钼具有大的层间距，可容纳钠离子，具有高的理论容量，所以是一种有前景的钠离子电池负极材料。但二硫化钼纳米片之间容易团聚，用于钠离子电池时充放电体积膨胀大造成稳定性较差。本专利技术将纳米硫颗粒化学气相沉积在MoS2纳米片上，能够提高纳米MoS2片的分散性，有效避免MoS2片的团聚。保证了MoS2片层之间具有足够的间距容纳体积膨胀，以稳定MoS2的结构。本专利技术的有益效果体现在：1)本专利技术以提高MoS2纳米片的分散性，缓解体积膨胀为目的，进而制备了S沉积花状MoS2钠离子电池复合负极材料。在0.1A/g的电流下，首次放电达到了744.9mAh/g，首次库伦效率为78.7％，可逆容量高达480mAh/g。在0.5A/g的电流下，可逆容量高达358.8mAh/g，300圈循环后的容量保持率高达83.8％。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的产物用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析样品图；图2是本专利技术实施例1制备的样品用日本公司生产的JSM-6700F型扫描电子显微镜照片；图3是本专利技术实施例1制备的样品用日本公司生产的JSM-6700F型透射电子显微镜照片；图4是本专利技术实施例1制备的样品制备成纽扣式钠离子电池在电流密度为0.1A/g条件下的电化学性能图。图5是本专利技术实施例1制备的样品制备成纽扣式钠离子电池在电流密度为0.5A/g条件下的电化学性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：1)取0.1g的市售钼酸铵与0.3g的市售硫混合，充分研磨得到均匀混合物A；2)取0.4g的市售硫充分研磨得到B；3)将混合物A置于双温区管式炉的出气口，B置于双温区管式炉的进气口，然后以80sccm的流速通入氩气30min排去双温区管式炉中的空气；4)将通往的氩气流速调节至30sccm设置双温区管式炉的出气口以8℃/min的升温速率自室温升温至600℃，保温30min，使钼酸铵同硫反应后得到花状MoS2；5)同时设置双温区管式炉的进气口以3℃/min的升温速率自室温升温至350℃，保温30min，将硫化学气相沉积到MoS2上，得到S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料。由图1可以看出产物为MoS2和S两种物相的混合，卡片序号分别为JCPDS65-0160和JCPDS08-0247。由图2和图3可以看出所制的产物为花状的二硫化钼，花的尺寸为100～200纳米左右，且分散均匀。通过高倍的透射电镜可以观测到大小约为10纳米的硫颗粒附着在二硫化钼片的表面。将实施例1所得的产物制备成纽扣式钠离子电池，具体的封装步骤如下：将活性粉，导电剂(SuperP)，粘接剂(PVDF)按照质量比为15:3:2的配比研磨均匀后，制成浆料，用涂膜器均匀地将浆料涂于铜箔上，然后在真空干燥箱80℃干燥12h。之后将电极片组装成钠离子半电池，采用普林斯顿电化学工作站对电池进行恒流充放电测试，测试电压为0.01V-3.0V，电流密度为0.1A/g和0.5A/g，测试结果见图4和图5。当电流密度为0.1A/g时，首次放电达到了744.9mAh/g，首次库伦效率为78.7％，可逆容量高达480mAh/g。黑色曲线为参照实验纯二硫化钼的循环性能，其在循环过程中容量衰减十分明显，在0.5A/g的电流下，产物的可逆容量高达358.8mAh/g，300圈循环后的容量保持率高达83.8％。说明产物经长时间充放电循环仍能保持稳定不被破坏。实施例2：1)取0.2g的市售钼酸铵与0.6g的市售硫混合，充分研磨得到均匀混合物A；2)取0.5g的市售硫充分研磨得到B；3)将混合物A置于双温区管式炉的出气口，B置于双温区管式炉的进气口，然后以100sccm的流速通入氩气40min排去双温区管式炉中的空气；4)将通往的氩气流速调节至40sccm设置双温区管式炉的出气口以10℃/min的升温速率自室温升温至700℃，保温40min，使钼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：1)取0.1～0.5g的市售钼酸铵与0.3～0.7g的市售硫混合，充分研磨得到均匀混合物A；2)取0.4～0.6g的市售硫充分研磨得到B；3)将混合物A置于双温区管式炉的出气口，B置于双温区管式炉的进气口，然后通入氩气排去双温区管式炉中的空气；4)设置双温区管式炉的出气口以8～15℃/min的升温速率自室温升温至600～800℃，保温30～60min，使钼酸铵同硫反应后得到花状MoS2；5)同时设置双温区管式炉的进气口以3～6℃/min的升温速率自室温升温至350～450℃，保温30～60min，将硫化学气相沉积到MoS2上，得到S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种S沉积花状MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：1)取0.1～0.5g的市售钼酸铵与0.3～0.7g的市售硫混合，充分研磨得到均匀混合物A；2)取0.4～0.6g的市售硫充分研磨得到B；3)将混合物A置于双温区管式炉的出气口，B置于双温区管式炉的进气口，然后通入氩气排去双温区管式炉中的空气；4)设置双温区管式炉的出气口以8～15℃/min的升温速率自室温升温至600～800℃，保温30～60mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：许占位，姚恺，付豪，沈学涛，黄剑锋，曹丽云，杨军，孔硌，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61