一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料，具有由纳米纤维状结构规整排列形成的束状形貌，由如下步骤得到：浓缩含有壳聚糖、及钼源的均匀溶液，得到悬浊液；冷冻干燥前述悬浊液，得到MoO3@NC前驱体；在惰性气氛下载入水蒸气对MoO3@NC前驱体进行水蒸气活化热处理，得到MoO3@NC。该MoO3@NC材料兼具容量高，导电性好，离子扩散率高，结构稳定的特点，于锂离子电池电极材料应用而言具有极大地潜力。该方法不仅操作简单，且对其他过渡金属氧化物形貌的调控具有很好的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料及其制备方法
本专利技术属于过渡金属氧化物电极材料的
，具体涉及一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池由于其具有比容量高、质量轻、寿命长和无记忆性等显著优势，而在航空航天、混合电动汽车以及便携式电子设备等领域得到了广泛地应用。目前商业化石墨负极能量密度低，由于易析出锂枝晶、与电解液发生作用而存在巨大安全隐患，极大限制其发展应用。三氧化钼作为一种过渡金属氧化物，具有层状结构和框架，其中存在着广延的通道，可用作离子的流通渠道和嵌入位置。理论上每个单位的三氧化钼可与6个单位Li+发生转换反应，因而具有较高理论比容量。但氧化钼在充放电过程中，体积效应明显，极易发生体积膨胀，导致其容量衰减明显，容量保持率低。针对以上不足，研究者主要在以下几个方面展开研究：（1）采用不同方法调控材料形貌，制备特殊结构的材料来减缓离子脱嵌过程造成的体积效应，如热蒸发法[LiliCai,PratapM.Rao,XiaolinZheng.Morphology-controlledflamesynthesisofsingle,branched,andflower-likeα-MoO3nanobeltarrays[J].NanoLetters,2011,11(2):872-7.]，溶剂热法[SakaushiK,ThomasJ,KaskelS,etal.Aqueoussolutionprocessforthesynthesisandassemblyofnanostructuredone-dimensionalα-MoO3electrodematerials[J].ChemistryofMaterials,2013,25(12):2557-2563.]，模板辅助法[ZhimingCui,WeiyongYuan,ChangMingLi.Template-mediatedgrowthofmicrosphere,microbeltandnanorodα-MoO3structuresandtheirhighpseudo-capacitances[J].J.Mater.Chem:a,2013,1(41):12926-12931.]。（2）包覆结构稳定材料，如包覆单壁碳纳米管[Mendoza-SánchezB,GrantPS.Chargestoragepropertiesofaα-MoO3/carboxyl-functionalizedsingle-walledcarbonnanotubecompositeelectrodeinaLiionelectrolyte[J].ElectrochimicaActa,2013,98:294-302.]。[WangQ,SunJ,WangQ,etal.Electrochemicalperformanceofα-MoO3–In2O3core–shellnanorodsasanodematerialsforlithium-ionbatteries[J].JournalofMaterialsChemistryA,2015,3(9):5083-5091.]。但是上述各种改性方法中，普遍存在以下问题：（1）合成过程需要表面活性剂等辅助作用[ZhimingCui,WeiyongYuan,ChangMingLi.Template-mediatedgrowthofmicrosphere,microbeltandnanorodα-MoO3structuresandtheirhighpseudo-capacitances[J].J.Mater.Chem:a,2013,1(41):12926-12931.]（2）制备纯相氧化钼电极材料循环稳定性仍有待提高，多次循环后循环稳定性低于80%[WangQ,SunJ,WangQ,etal.Electrochemicalperformanceofα-MoO3–In2O3core–shellnanorodsasanodematerialsforlithium-ionbatteries[J].JournalofMaterialsChemistryA,2015,3(9):5083-5091.]。本专利采用高效的冷冻干燥-热处理法，制备了特殊形貌的MoO3@NC（NC，即氮掺杂的碳），该MoO3@NC材料兼具容量高，导电性好，离子扩散率高，结构稳定的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种特殊形貌的MoO3@NC且应用于锂离子电池负极材料的制备方法。该MoO3@NC材料兼具容量高，导电性好，离子扩散率高，结构稳定的特点，于锂离子电池电极材料应用而言具有极大地潜力。该方法不仅操作简单，且对其他过渡金属氧化物形貌的调控具有很好的指导意义。具体技术方案如下：一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）称取一定量的壳聚糖，将其溶解于30mL不同浓度的酸溶液中，磁力搅拌30~60min，得到溶液A；（2）称取一定量的钼源溶解于30mL的去离子水中，磁力搅拌30~60min，得到溶液B；（3）将上述得到的溶液B缓慢加入溶液A中，继续磁力搅拌1~4h，得到溶液C；（4）将溶液C加热蒸发溶剂至溶液体积为初始溶液体积的0.01~0.1倍，得到悬浊液D；（5）将悬浊液D冷冻干燥，收集干燥产物作为前驱物E；（6）将一定量的前驱物E置于坩埚中在管式炉中，在惰性气氛Ar中进行热处理，同时通过Ar载入水蒸气，同步实现水蒸气活化-热处理。热处理温度为350~550℃，时间为0.5~3h，升温速率为3~20℃/min，Ar流速为50~200sccm，得到目标产物MoO3@NC。步骤（1）所述的壳聚糖的量为0.1~1g。步骤（1）所述的酸的种类为醋酸和盐酸。步骤（1）所述的酸的浓度的范围为3mol/L~12mol/L。步骤（2）所述的钼源为四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）。步骤（2）所述的一定量的钼源0.1~1g。步骤（3）是将混合溶液采用电加热套，于50~80℃下加热蒸发溶剂。步骤（4）是在-50~-40℃下进行冷冻干燥。步骤（5）所述的称取一定量冷冻干燥后产物E为1~4g。与现有技术相比，本专利技术可以得到以下有益效果：（1）本专利技术采用高效的冷冻干燥-热处理法制备了特殊形貌的MoO3@NC。（2）本专利技术制备的MoO3@NC材料兼具容量高，导电性好，离子扩散率高，结构稳定的特点，且该方法对其他过渡金属氧化物形貌的调控具有很好的指导意义。附图说明图1为实施例1产物的X射线衍射分析图；图2为实施例1产物在7.0K倍率下的SEM图；图3为实施例1产物在40.0K倍率下的SEM图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述，但是本专利技术不局限于以下实施例。实施例1（1）称取0.5g的壳聚糖，将其溶解于30mL浓度为6mol/L的醋酸溶液，磁力搅拌30min，得到溶液A；（2）称取1g的四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）溶解于30mL的去离子水中，磁力搅拌30min，得到溶液B；（3）将上述得到的溶液B缓慢加入溶液A中，继续磁力搅拌4h，得到溶液C；（4）将溶液C在60℃下加热蒸发溶剂至溶液体积为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料，其特征在于，具有由纳米纤维状结构规整排列形成的束状形貌。

【技术特征摘要】
1.一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料，其特征在于，具有由纳米纤维状结构规整排列形成的束状形貌。2.一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，由包括如下步骤的方法得到：浓缩含有壳聚糖、及钼源的均匀溶液，得到悬浊液；冷冻干燥前述悬浊液，得到MoO3@NC前驱体；在惰性气氛下载入水蒸气对MoO3@NC前驱体进行水蒸气活化热处理，得到MoO3@NC。3.根据权利要求2所述的一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述的钼源为四水合钼酸铵。4.根据权利要求2所述的一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖与钼源的质量比为（1~10）：（1~10）。5.根据权利要求2所述的一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述对MoO3@NC前驱体进行水蒸气活化热处理的热处理温度为350~550℃。6.根据权利要求2所述的一种束状MoO3@NC锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述含有壳聚糖、及钼源的均匀溶液，由包括以下步骤的方法得到：将壳聚糖溶解在3mol/L~12mol/L的酸液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，贺菊菊，李嘉胤，黄剑锋，贺慧，张宁，李倩颖，党欢，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61