一种电化学储锂的复合电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电化学储锂的复合电极及其制备方法，该复合电极用MoS2‑Bi2S3/石墨烯复合纳米材料作为电化学储锂的活性物质。其制备步骤是：在氧化石墨烯存在的条件下，通过Bi(NO3)3、Na2MoO4和L‑半胱氨酸的混合溶液在水热条件下的水热反应，制备得到Bi2S3‑MoS2/石墨烯复合纳米材料，将得到的Bi2S3‑MoS2/石墨烯复合纳米材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯调成均匀的浆料，涂到铜箔上滚压得到电化学储锂的复合电极。该复合电极具有电化学储锂可逆比容量高、循环性能稳定和高倍率充放电性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学储锂的复合电极及其制备方法
本专利技术涉及一种电化学储锂复合电极及其制备方法，尤其涉及用Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料作为电化学储锂活性物质的电化学储锂复合电极及其制备方法，属于锂离子电极材料及其在电化学储锂复合电极应用的

技术介绍
高性能电化学储锂的电极材料及其在电化学储锂电极中的应用对于高性能锂离子电池的研发具有重要意义。MoS2纳米材料具有较高的电化学贮锂容量(其理论容量为670mAh/g)，在高性能的锂离子电池中具有广泛的应用前景。但是，由于其较低的电导率和充放电过程中体积较大的变化，导致其在充放电过程中贮锂容量的快速衰减。硫化铋纳米材料也是一种具有较高电化学贮锂容量的锂离子电池负极材料，但是单一的硫化铋纳米材料也同样存在充放电过程中容量衰减较快的缺点。最近研究表明，由两种不同的金属硫化物复合形成的纳米材料(如SnS2-MoS2和Ni3S2-MoS2复合材料等)作为锂离子电池负极材料的电化学储锂性能均高于单一的金属硫化物纳米材料。其电化学性能增强的原因是两种不同的金属硫化物形成的复合纳米材料具有异质的复合结构和更多电化学锂化-去锂化的电对反应。尽管两种不同的金属硫化物形成的复合纳米材料的电化学储锂性能有所改善，其较低的电导率还是影响了其电化学储锂性能的进一步增强。石墨烯具有高的电导率和荷电迁移率、极大的比表面积、良好的柔性和化学稳定性。通过将硫化物纳米材料与石墨烯复合，所制备的复合材料不仅具有高的电化学贮锂容量，并具有稳定的充放电循环性能和显著增强高倍率充放电特性。如：MoS2-石墨烯复合材料，硫化铋-石墨烯复合材料等均显示了比单独的MoS2或硫化铋具有更高的电化学贮锂容量和更优异的充放电循环稳定性。但是这些复合材料的电化学贮锂性能还有进一步提高的空间。本专利技术提供了一种电化学储锂复合电极及其制备方法，该电化学储锂复合电极用Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料为电化学储锂的活性物质。与用MoS2/石墨烯和Bi2S3/石墨烯复合纳米材料为电化学储锂活性物质制备的复合电极，本专利技术用Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料作为电化学储锂活性物质所制备的复合电极具有更高的电化学储锂可逆比容量、优异的循环性能和进一步显著增强的高倍率充放电特性。但是，到目前为止，这种用Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料为电化学储锂活性物质的复合电极及其制备方法还未见公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电化学储锂复合电极及其制备方法，该复合电极的电化学储锂活性物质为Bi2S3-MoS2/石墨烯的复合纳米材料，该复合纳米材料是由MoS2纳米片和Bi2S3纳米粒子形成复合结构，并均匀地负载在石墨烯上形成。复合电极的组分及其质量百分比含量为：Bi2S3-MoS2/石墨烯的复合纳米材料为80％，乙炔黑10％，聚偏氟乙烯10％。该电化学储锂复合电极的制备方法的步骤如下：(1)将计量的Bi(NO3)3·5H2O、Na2MoO4·2H2O和L-半胱氨酸加入到去离子水中，并充分搅拌，得到均匀的混合溶液，水热反应溶液中Bi(NO3)3与Na2MoO4的物质的量之比为1∶9～1∶4，L-半胱氨酸的物质的量为Bi(NO3)3与Na2MoO4的物质的量之和的5倍；(2)将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，得到均匀的悬浮液，在不断搅拌下将氧化石墨烯悬浮液滴加到上述混合溶液中，并继续搅拌2h，以碳的物质的量计算，氧化石墨烯的物质的量等于Bi(NO3)3与Na2MoO4的物质的量之和的2倍，将得到的反应混合物转移到带有聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中，密封后在200℃下反应24h，然后自然冷却至室温，将水热反应得到的沉淀产物离心分离，并用去离子水和无水乙醇充分洗涤，最后在80℃下真空干燥12h后得到Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料，其中的Bi和Mo的摩尔比为1∶9～1∶4。(3)将上述制备得到的Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料作为电化学储锂的活性物质，与乙炔黑及聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在搅拌下充分混合调成均匀的浆料，该浆料中MoS2-Bi2S3/石墨烯复合纳米材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯的质量之比为80∶10∶10，将所得到均匀浆料均匀地涂到作为集流体的铜箔上，120℃真空干燥12h，经滚压后得到电化学储锂的复合电极。与现有技术比较，本专利技术用Bi2S3-MoS2/石墨烯的复合纳米材料为电化学储锂活性物质制备的电化学储锂复合电极及其制备方法具有以下显著的优点和技术进步：尽管与单一的MoS2或Bi2S3纳米材料相比较，MoS2/石墨烯复合材料或Bi2S3/石墨烯复合材料具有更高的电化学储锂比容量，其电化学储锂比容量可以达到900-1000mAh/g，并具有改善的充放电循环性能和增强的高倍率充放电特性，但是其电化学储锂性能还具有进一步提升的空间。与MoS2/石墨烯和Bi2S3/石墨烯复合材料相比，本专利技术的Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料具有更高的电化学储锂可逆比容量和进一步增强的高倍率充放电特性。其电化学性能进一步增强的主要原因是：水热制备的MoS2微观形貌主要为典型二维层状纳米片，而水热制备的Bi2S3主要显示了颗粒较大的类似梭子或橄榄形的微观形貌，当在水热反应溶液中Bi(NO3)3和Na2MoO4同时存在时，水热反应过程中，MoS2和Bi2S3的成核和生长几乎同时或交替在进行，由于这两种不同硫化物成核和生长存在互相的干扰和影响，导致水热反应体系中微小区域反应条件的变化，使所生成的MoS2具有较少的层数和较多的边缘，同时生成的Bi2S3的粒径也变得更小，并与MoS2复合在一起，Bi2S3-MoS2复合结构与水热还原氧化石墨烯进一步复合形成了Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料，由于其Bi2S3，MoS2，石墨烯三者之间形成的均匀的异质结构，以及Bi2S3-MoS2双金属硫化物具有更多的电化学锂化/去锂化电极反应电对。因此，与用MoS2/石墨烯或Bi2S3/石墨烯复合材料作为电化学活性物质制备的电化学储锂复合电极相比，本专利技术用Bi2S3-MoS2/石墨烯复合纳米材料作为电化学活性物质制备的电化学储锂复合电极具有更高的电化学贮锂可逆比容量和进一步增强的高倍率充放电特性。附图说明图1：本专利技术水热法制备的不同复合材料的XRD图：(a)MoS2/石墨烯，(b)Bi2S3-MoS2/石墨烯-1(Bi∶Mo＝1∶9)，(c)Bi2S3-MoS2/石墨烯-2(Bi∶Mo＝1∶4)，(d)Bi2S3-MoS2/石墨烯-3(Bi∶Mo＝1∶1)和(e)Bi2S3/石墨烯复合物图2：本专利技术水热法制备的复合材料的SEM形貌，(a)MoS2/石墨烯，(b)Bi2S3-MoS2/石墨烯-1(Bi∶Mo＝1∶9)，(c)Bi2S3-MoS2/石墨烯-2(Bi∶Mo＝1∶4)，(d)Bi2S3-MoS2/石墨烯-3(Bi∶Mo＝1∶1)和(e)Bi2S3/石墨烯复合材料。图3：本专利技术水热发制备的复合材料的TEM/HRTEM照片，(a，b)MoS2/石墨烯，(c，d)Bi2S3-MoS2/石墨烯-1(Bi∶Mo＝1∶9)，(e，f)Bi2S3-MoS2/石墨烯-2(Bi∶Mo＝1∶4)，(g，h)Bi2S3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学储锂复合电极，其特征在于，复合电极的电化学储锂活性物质为Bi2S3‑MoS2/石墨烯的复合纳米材料，该复合纳米材料是由MoS2纳米片和Bi2S3纳米粒子形成复合结构，并均匀地负载在石墨烯上形成。复合电极的组分及其质量百分比含量为：Bi2S3‑MoS2/石墨烯的复合纳米材料为80％，乙炔黑10％，聚偏氟乙烯10％。

【技术特征摘要】
1.一种电化学储锂复合电极，其特征在于，复合电极的电化学储锂活性物质为Bi2S3-MoS2/石墨烯的复合纳米材料，该复合纳米材料是由MoS2纳米片和Bi2S3纳米粒子形成复合结构，并均匀地负载在石墨烯上形成。复合电极的组分及其质量百分比含量为：Bi2S3-MoS2/石墨烯的复合纳米材料为80％，乙炔黑10％，聚偏氟乙烯10％。2.一种权利要求1所述的电化学储锂复合电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：(1)将计量的Bi(NO3)3·5H2O、Na2MoO4·2H2O和L-半胱氨酸加入到去离子水中，并充分搅拌，得到均匀的混合溶液，水热反应溶液中Bi(NO3)3与Na2MoO4的物质的量之比为1∶9～1∶4，L-半胱氨酸的物质的量为Bi(NO3)3与Na2MoO4的物质的量之和的5倍；(2)将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，得到均匀的悬浮液，在不断搅拌下将氧化石墨烯悬浮液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹，高根芳，宋文龙，陈卫祥，施璐，李靖，田庆山，甄爱钢，罗秋月，陈羽婷，
申请(专利权)人：天能电池集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33