一种碳化钼/碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种碳化钼/碳复合材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钼源、铜源和沉淀剂溶于水中，混合，得到混合物，而后将得到的混合物进行水热反应，得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的前驱体在乙炔气体或乙炔和氩气的混合气体中进行热处理，得到Mo2C/Cu/C复合材料；(3)将步骤(2)得到的Mo2C/Cu/C复合材料置于FeCl3水溶液中，除去铜，得到所述碳化钼/碳复合材料；碳化钼/碳复合材料具有较高的电子电导和离子电导，在作为电极材料时具有高比容量、优异的循环稳定性和长循环寿命；碳化钼/碳复合材料的制备方法简单、原料易得、价格低廉、易于实现，有望应用于锂离子电池中。

A Molybdenum Carbide/Carbon Composite Material and Its Preparation Method and Application

The invention provides a molybdenum carbide/carbon composite material and its preparation method and application. The preparation method comprises the following steps: (1) dissolving molybdenum source, copper source and precipitator in water, mixing them to obtain a mixture, and then hydrothermal reaction of the obtained mixture to obtain a precursor; (2) carrying out the precursor obtained by step (1) in a mixture of acetylene gas or acetylene and argon gas. Mo2C/Cu/C composites are obtained by heat treatment; (3) Mo2C/Cu/C composites obtained by step (2) are placed in FeCl3 aqueous solution to remove copper and obtain the molybdenum carbide/carbon composites; molybdenum carbide/carbon composites have high electronic and ionic conductivity, high specific capacity, excellent cycle stability and long cycle life when used as electrode materials; The preparation method of the material is simple, the raw material is easy to obtain, the price is low, and it is easy to realize. It is expected to be used in lithium ion batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钼/碳复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种碳化钼/碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。在负极材料方面，传统石墨负极材料理论比容量仅为372mAh/g，限制了锂离子电池能量密度的提升。鉴于二维单层材料具有平整的表面和较大的比表面积，作为电池的负极材料极有可能获得高能量密度和高迁移率。其中，Mo2C具有极佳的动力学和热力学稳定性，对于锂离子的迁移势垒为35meV，具有出色的迁移特性，理论比容量为526mAh/g，是十分理想的锂离子电池负极材料。因此，其作为锂离子电池负极材料的研究值得进一步探索。CN107799745A公开了一种碳化钼硫复合材料及其制备方法和应用，所述碳化钼硫复合材料包含碳化钼和硫单质，碳化钼为多孔棒状结构，长度为1-5μm，直径为30-60nm，硫单质掺杂于碳化钼的孔隙中，碳化钼与硫单质的质量比为1-9:9-1；该专利技术制备的碳化钼硫复合材料可以提高锂硫电池的循环稳定性和使用寿命。CN107464938A公开了一种具有核壳结构的碳化钼/碳复合材料及其制备方法和在锂空气电池中的应用，该复合材料采用具有核壳结构，内核和外壳均由表面多孔的碳化钼掺杂碳材料构成，其制备方法是将钼酸盐溶液与树脂溶液混合，得到悬浮液，所述悬浮液通过溶剂热法合成球形前驱体；所述球形前驱体置于保护气氛中，在高温下进行热处理，即得导电性能好、比表面积大及催化活性高的碳化钼/碳复合材料；将该专利技术制备的复合材料应用于锂空气电池中，可以增加电池的容量和循环性能。上述方式虽然公开了碳化钼复合材料及其应用，但其仍然存在一定局限性，应用于锂离子电池的比容量高、循环稳定性高以及循环寿命长的碳化钼复合材料仍有待研发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳化钼/碳复合材料及其制备方法和应用，所述碳化钼/碳复合材料颗粒均匀，粒径较小，形貌规整，将其应用于锂离子电池负极材料时具有比容量高、循环稳定性好以及循环寿命长等优点；其制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，有望应用于工业化生产。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种碳化钼/碳复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1)将钼源、铜源和沉淀剂溶于水中，混合，得到混合物，而后将得到的混合物进行水热反应，得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的前驱体在乙炔或乙炔和氩气的混合条件下进行热处理，得到Mo2C/Cu/C复合材料；(3)将步骤(2)得到的Mo2C/Cu/C复合材料置于FeCl3水溶液中，除去铜，得到所述碳化钼/碳复合材料。本专利技术所述的制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于得到，有望应用于工业化生产。本专利技术通过设计特殊结构及引入碳源对碳化钼材料进行改性，碳化钼为二维层状结构，具有快速传输锂离子的能力；无定型碳均匀包覆在碳化钼表面，可以减少电荷的不均匀性，缓解应力不均带来的体积变化，同时防止活性物质粉化脱落；铜单质可催化无定型碳的生成，同时除去Cu后留下的体积空位可缓冲材料的体积变化。在本专利技术中，步骤(1)所述钼源为钼酸铵、钼酸钠、氯化钼或乙酰丙酮钼中的任意一种或至少两种的组合。在本专利技术中，所述混合物中钼元素的浓度为0.1-5mM，例如0.1mM、0.5mM、1mM、1.5mM、2mM、2.5mM、3mM、3.5mM、4mM、4.5mM、5mM等。在本专利技术中，步骤(1)所述铜源为含铜元素的无机盐。在本专利技术中，步骤(1)所述铜源为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜中的任意一种或至少两种的组合。在本专利技术中，所述混合液中钼元素与铜元素的摩尔比为0.01:1-10:1，例如0.01:1、0.1:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1等。在本专利技术中，所述沉淀剂为尿素。在本专利技术中，所述沉淀剂在混合物中的浓度为0.2-100g/mL，例如0.2g/mL、0.5g/mL、1g/mL、5g/mL、10g/mL、20g/mL、30g/mL、40g/mL、50g/mL、60g/mL、70g/mL、80g/mL、90g/mL、100g/mL等。在本专利技术中，步骤(1)所述混合是在搅拌条件下混合的。在本专利技术中，步骤(1)所述水热反应的温度为150-200℃，例如150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃等。在本专利技术中，步骤(1)所述水热反应的时间为1-12h，例如1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h等。在本专利技术中水热反应是在水热罐中反应，并将水热罐放入烘箱中保持水热反应的顺利进行。在本专利技术中，所述步骤(1)还包括将得到的前驱体依次进行固液分离、清洗以及干燥。本专利技术得到的前驱体是在溶剂中的，对其进行下一步处理，需要进行固液分离，将前驱体分离出来；为保证不在后续反应中引入其他杂质，影响反应的进行，需对固液分离后的固体进行清洗以及干燥。在本专利技术中，所述清洗的溶剂为水和/或乙醇。在本专利技术中，所述干燥的温度为50-90℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃等。在本专利技术中，步骤(2)所述热处理的温度为700-1000℃，例如700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃等。在本专利技术中，步骤(2)所述热处理的时间为1-12h，例如1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h等。在本专利技术中，步骤(3)所述FeCl3水溶液的浓度为0.01-0.1mol/L，例如0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L、0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/L、0.1mol/L等。本专利技术中通过将Mo2C/Cu/C复合材料置于FeCl3水溶液中，通过FeCl3水溶液中的三价铁离子与铜单质反应，生成二价铁离子和铜离子，从而除去Mo2C/Cu/C复合材料中的铜。作为本专利技术的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钼源、铜源和沉淀剂溶于水中，在搅拌条件下混合，得到混合物，将得到的混合物在150-200℃条件下进行水热反应，反应时间为1-12h，而后依次进行固液分离，用水和/或乙醇清洗，50-90℃干燥，得到前驱体，其中：混合物中钼元素的浓度为0.1-5mM，混合物中钼元素与铜元素的摩尔比为0.01:1-10:1，沉淀剂在混合物中的浓度为0.2-100g/mL；(2)将步骤(1)得到的前驱体在乙炔或乙炔和氩气的混合条件下进行热处理，热处理的温度为700-1000℃，热处理的时间为1-12h，得到Mo2C/Cu/C复合材料；(3)将步骤(2)得到的Mo2C/Cu/C复合材料置于浓度为0.01-0.1mol/L的氯化铁溶液中，除去铜，得到所述碳化钼/碳复合材料。本专利技术的目的之二在于提供一种如目的之一所述制备方法制备得到的碳化钼/碳复合材料。在本专利技术中，所述碳化钼/碳复合材料中碳(单质碳)的质量百分含量为2-50％，例如2％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化钼/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钼源、铜源和沉淀剂溶于水中，混合，得到混合物，而后将得到的混合物进行水热反应，得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的前驱体在乙炔或乙炔和氩气的混合气氛下进行热处理，得到Mo2C/Cu/C复合材料；(3)将步骤(2)得到的Mo2C/Cu/C复合材料置于FeCl3水溶液中，除去铜，得到所述碳化钼/碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳化钼/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钼源、铜源和沉淀剂溶于水中，混合，得到混合物，而后将得到的混合物进行水热反应，得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的前驱体在乙炔或乙炔和氩气的混合气氛下进行热处理，得到Mo2C/Cu/C复合材料；(3)将步骤(2)得到的Mo2C/Cu/C复合材料置于FeCl3水溶液中，除去铜，得到所述碳化钼/碳复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钼源为钼酸铵、钼酸钠、氯化钼或乙酰丙酮钼中的任意一种或至少两种的组合，优选钼酸铵；优选地，所述混合物中钼元素的浓度为0.1-5mM。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铜源为含铜元素的无机盐；优选地，步骤(1)所述铜源为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述混合液中钼元素与铜元素的摩尔比为0.01:1-10:1；优选地，所述沉淀剂为尿素；优选地，所述沉淀剂在混合物中的浓度为0.2-100g/mL。4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合是在搅拌条件下混合的；优选地，步骤(1)所述水热反应的温度为150-200℃；优选地，步骤(1)所述水热反应的时间为1-12h；优选地，所述步骤(1)还包括将得到的前驱体依次进行固液分离、清洗以及干燥；优选地，所述清洗的溶剂为水和/或乙醇；优选地，所述干燥的温度为50-90℃。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，夏青，
申请(专利权)人：中科廊坊过程工程研究院，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13