一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域，以四硫代钼酸铵和空心碳球为原料，通过水热法制得MoS2纳米片均匀包覆在空心碳球表面的空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其空心结构即有利于活性物质硫的储存以及缓解硫在电化学循环过程中产生的体积膨胀，还为反应提供场所；另外还可吸附电化学过程中产生的多硫化物，以减少活性物质的损失。将空心碳球/二硫化钼双极性材料均匀涂覆于玻璃纤维上形成复合隔膜；将活性物质硫注入空心碳球/二硫化钼双极性材料的空心结构中得到的复合材料，可作为室温钠硫电池的正极材料将其应用在室温钠硫电池中，可获得良好的倍率性能和稳定的循环性能。

A hollow carbon sphere/molybdenum disulfide bipolar composite and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于材料
，具体涉及一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
可充电电池是电动汽车和电网储能的基本动力技术，该技术的推广应用，不仅可以减少化石燃料使用对环境造成的污染，而且可以避免风能、太阳能等绿色能源的间歇性，为人类社会的生活和发展提供便利。因此，迫切需要探索和寻找一种能够补充现有高能量密度、长循环寿命锂离子电池(LIBs)的储能系统。近年来，室温钠硫电池因其比容量高(1675mAhg-1)、能量密度高(2500Whkg-1)、地壳中钠和硫含量丰富而受到广泛关注。这些优点使得室温钠硫电池在大型电网设备和快速发展的电动汽车中具有广阔的应用前景。目前，对于室温钠硫电池的正极材料的报道集中在碳材料，包括碳纳米纤维、碳布和碳纳米管等，这些碳材料具有良好的导电性，在室温钠硫电池中能够提高硫的导电性。但是由于充放电过程中的中间产物多硫化钠(Na2Sn,4≤n≤8)会溶解于电解液中，并且随着电解液转移到钠负极，钠负极电极表面恶化，电池的循环寿命显著降低，这一现象称为“穿梭效应”。因为多硫化物具有极性，为了有效抑制多硫化物穿梭进入负极，具有极性的正极材料被提出应用于室温钠硫电池。例如，TiO2等极性金属氧化物或者金属硫化物用来作为活性物质硫的载体，该类材料应用于室温钠硫电池中通常能够得到较高的初始容量，但是电池容量会随着循环圈数的增加迅速降低。因此，寻找一种能够有效的将多硫化物限制在正极-隔膜部分的材料，成为获得稳定容量的室温钠硫电池的关键因素。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料；目的之二在于提供一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料的制备方法；目的之三在于提供一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料在储能方面的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，所述复合物材料为二硫化钼包覆在空心碳球表面形成的双极性复合材料。优选的，所述二硫化钼为二硫化钼纳米片。优选的，所述空心碳球的制备方法如下：(1)制备二氧化硅模板球：将水和N，N-二甲基甲酰胺按照1～2:1的体积比混合，然后在超声条件下依次加入15～20mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵溶液(CTAB)和6～8mg/mL的氢氧化钠(NaOH)溶液，搅拌均匀后再加入硅酸四乙酯(TEOs)的甲醇溶液，搅拌均匀后抽滤，取固相洗涤、干燥后得二氧化硅模板球；(2)将步骤(1)中所述二氧化硅模板球均匀分散于5-10mM的三羟甲基氨基甲烷溶液中，继续加入盐酸多巴胺后搅拌均匀形成混合分散液，所述二氧化硅模板与所述盐酸多巴胺的质量比为1:3～2:1；(3)将步骤(2)中的混合分散液抽滤得到固体样品，在还原气氛下进行热处理，得到SiO2@C球；(4)将步骤(3)中所述SiO2@C球加入到质量浓度为5～10％的氢氟酸溶液中分散均匀，加热至60～80℃后搅拌2～5h，搅拌结束后稀释至氢氟酸的质量浓度小于等于0.1％后抽滤，即可得到空心碳球。优选的，步骤(1)中所述硅酸四乙酯与所述甲醇的体积比为1～3:10；所述水、N，N-二甲基甲酰胺、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠以及硅酸四乙酯的质量体积比为80～160:80:75～100:38.4～51.2:0.4～1.2，mL:mL:mg:mg:mL。2、上述一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将空心碳球分散于N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀后加入四硫代钼酸铵，搅拌使其混合均匀形成混合溶液，所述空心碳球与所述四硫代钼酸铵的质量比为1:1～1:2；(2)将步骤(1)中所述混合溶液转移进行水热反应，待反应结束后冷却至室温，抽滤后在60～80℃下干燥得到前驱体；(3)将步骤(2)中所述前驱体在还原气氛下进行热处理，即可得到空心碳球/二硫化钼双极性复合材料。优选的，所述还原气氛为通入还原气体，所述还原气体包括体积比为1:9的氢气和氩气。优选的，步骤(3)中所述热处理为以2℃/min的升温速率升温至700℃后保温2h。3、上述一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料在储能方面的应用。优选的，将硫负载在所述空心碳球/二硫化钼双极性复合材料上制备钠硫电池的正极材料。优选的，将所述空心碳球/二硫化钼双极性复合材料涂覆在玻璃纤维表面制备钠硫电池的复合隔膜。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供了一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，在空心碳球表面包覆二硫化钼，其中空心碳球一方面作为容纳活性物质的载体可以增强硫的导电性，另一方面能够缓解充放电过程中的体积膨胀，而表面包覆的极性MoS2纳米片能够吸附多硫化钠，由此可见本专利技术的一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料在储能方面具有良好的应用。2、本专利技术提供了一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料的制备方法，以空心碳球(HCS)和四硫代钼酸铵为原料，通过水热法制得空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，制备方法简单，有利于空心碳球/二硫化钼双极性复合材料的规模化生产。3、本专利技术提供了一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料在储能方面的应用，可以将空心碳球/二硫化钼双极性复合材料负载硫后作为钠硫电池的正极材料，将空心碳球/二硫化钼双极性复合材料涂覆在玻璃纤维表面形成的复合隔膜可以作为钠硫电池的歌迷，与负极金属钠组合成电池后具有不低的首次充放电容量外还具有良好的循环性能与倍率性能。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为实施例1步骤(1)中制备的SiO2模板球的场发射扫描电镜图；图2为实施例1步骤(2)中制备的空心碳球(HCS)的场发射扫描电镜图；图3为实施例1中制备的HCS/MoS2双极性复合材料的场发射扫描电镜图和透射电镜图(图3中a为场发射扫描电镜图，图3中b为透射扫描电镜图)；图4为实例1中制备的HCS/MoS2复合隔膜的场发射扫描电镜图(a、b和c分别为玻璃纤维、HCS/MoS2双极性材料涂覆层和复合隔膜的场发射扫描电镜图)；图5为实例1中制备的SiO2模板球、空心碳球(HCS)、HCS/MoS2和S@HCS/MoS2复合材料的X射线衍射图(图5中a为SiO2、HCS、HCS/MoS2的X射线衍射图，图5中b为S@HCS/MoS2的X射线衍射图)；图6为实施例3中室温钠硫纽扣电池电化学性能测试图(图6中a为倍率性能图，图6中b为循环性能图)。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。实施例1制备空心碳球/二硫化钼(HCS/MoS2)双极性材料，其制备方法如下：(1)首先将80mL去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其特征在于，所述复合物材料为二硫化钼包覆在空心碳球表面形成的双极性复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其特征在于，所述复合物材料为二硫化钼包覆在空心碳球表面形成的双极性复合材料。2.根据权利要求1所述一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其特征在于，所述二硫化钼为二硫化钼纳米片。3.根据权利要求1所述一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其特征在于，所述空心碳球的制备方法如下：(1)制备二氧化硅模板球：将水和N，N-二甲基甲酰胺按照1～2:1的体积比混合，然后在超声条件下依次加入15～20mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵溶液(CTAB)和6～8mg/mL的氢氧化钠(NaOH)溶液，搅拌均匀后再加入硅酸四乙酯(TEOs)的甲醇溶液，搅拌均匀后抽滤，取固相洗涤、干燥后得二氧化硅模板球；(2)将步骤(1)中所述二氧化硅模板球均匀分散于5-10mM的三羟甲基氨基甲烷溶液中，继续加入盐酸多巴胺后搅拌均匀形成混合分散液，所述二氧化硅模板与所述盐酸多巴胺的质量比为1:3～2:1；(3)将步骤(2)中的混合分散液抽滤得到固体样品，在还原气氛下进行热处理，得到SiO2@C球；(4)将步骤(3)中所述SiO2@C球加入到质量浓度为5～10％的氢氟酸溶液中分散均匀，加热至60～80℃后搅拌2～5h，搅拌结束后稀释至氢氟酸的质量浓度小于等于0.1％后抽滤，即可得到空心碳球。4.根据权利要求3所述一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其特征在于，步骤(1)中所述硅酸四乙酯与所述甲醇的体积比为1～3:10；所述水、N，N-二甲基甲酰胺、十六烷基三甲基溴化铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐茂文，杨婷婷，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50