二元硫化物与C纳米复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二元硫化物与C纳米复合负极材料及其制备方法，该材料表示为如下结构式：(WS2)x(MoS2)yCz，由纳米级WS2、纳米级MoS2以及纳米级石墨颗粒复合而成，其中，纳米级WS2和纳米级MoS2的粒径为20-80nm，纳米级WS2和纳米级MoS2均匀分布于石墨基体中且被石墨基体包覆，结构式中的x、y和z分别表示WS2、MoS2以及石墨在所述复合负极材料中的质量百分比，且x、y和z同时满足以下关系：x+y+z＝1，(x+y)/z≥1，x≠0，y≠0。该复合负极材料以二硫化钨粉、二硫化钼粉和石墨粉作为原料，采用二次机械球磨法获得。材料有比较大的比表面积，具有良好电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
二元硫化物与C纳米复合负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池电极材料的制备
，具体涉及一种二元硫化物与C纳米复合负极材料及其制备方法，该方法采用二次球磨法制备。
技术介绍
在科技飞速发展的今天，能源和环保已成为全社会最为关注的话题。高效可持续的绿色环保能源是未来发展的趋势。人类要保持经济的可持续发展，维持生态平衡，使工业文明不致衰落，就必须彻底解决能源问题，寻找高效、环保、可持续的新能源体系。锂离子二次电池具有放电电压高、能量密度高、循环寿命好、绿色环保等显著优点,因而迅速在包括手机和笔记本电脑在内的便携式电子消费品市场占据重要位置。目前，锂离子电池的应用领域已扩展至电动汽车、电动工具、智能电网、分布式能源系统、航空航天、国防等领域，成为21世纪最有应用价值的储能器件之一。近年来，为了使锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度，较好的循环性能以及可靠的安全性能，负极材料作为锂离子电池的关键组成部分受到了广泛关注。目前，商业化广泛使用的锂离子电池负极材料主要有两类：一类是人造石墨和改性天然石墨，理论比容量为372mAhg-1；第二类是立方尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)，理论比容量为175mAhg-1。这两种材料的理论比容量都比较低，不能满足高容量、高功率、长寿命、高安全二次电池的发展要求，制约着锂电池性能的提升，因而新型的电池负极材料成为了当前的研究重要方向之一，普遍认为比较有前途的是一些新型碳基材料和基于合金化储锂机制的合金类材料，这些新型负极材料往往采取一些纳米技术来提升性能。目前，WS2作为润滑剂、催化剂、燃料电池的阳极、有机电解质充电电池的阳极、氧化的阳极以及传感器的阳极；纳米陶瓷复合材料，近年来作为电极材料应用于锂离子电池，与传统的石墨材料相比容量提高2-3倍的水平。二硫化钨是一种具有类石墨结构的层状化合物，这类化合物是以金属原子层排布在两个硫原子片层形成三文治结构，硫原子片层间通过范德华力相互作用，一层一层迭加而形成稳定的MS2M＝W结构，有利于锂离子的嵌入，而且能为锂离子嵌入提供较多的空间，作为锂离子电池负极时具有较高的比容量，因此，关于其结构和形貌对电化学性能的影响的研究已经成为热点。而MoS2作为润滑剂、储氢介质、催化剂，近年来作为电极材料应用于锂离子电池(理论容量为669mAh/g)。二硫化钼是一种具有类石墨烯结构的层状化合物，其各层之间通过范德华力相互作用，有利于锂离子的嵌入，而且能为锂离子嵌入提供较多的空间。同时，二硫化钼自然资源充足，作为锂离子电池负极时具有较高的比容量。当材料达到纳米尺寸时，锂离子扩散通道缩短，有效改善材料的导电性，从而显著提高电池快速充放电性能，同时在低温条件下仍能发挥较高的电化学性能，因此，纳米化是锂离子电极材料发展的重要方向。常见的制备MoS2-WS2纳米结构的方法有剥离法、气相反应法、高温固相法、热蒸发、模板法、水热反应，超声化学反应，软溶液基反应法。但是通过这些方法制备的纳米材料存在着一些缺点，比如高的生产成本、过低的产量、制备工艺比较复杂这些缺点极大的限制着它们的应用。因此采用更简单的方法获得具有特定结构的纳米材料在其具体应用上仍具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种二元硫化物与C纳米复合负极材料及其制备方法。该二元硫化物与C纳米复合负极材料即为WS2-MoS2-C复合负极材料。该方法简单易行，得到的复合负极材料电化学性能良好。一种二元硫化物与C纳米复合负极材料，该材料表示为如下结构式：(WS2)x(MoS2)yCz，该材料由纳米级WS2、纳米级MoS2以及纳米级石墨颗粒复合而成，其中，所述纳米级WS2和所述纳米级MoS2的粒径为20-80nm，所述纳米级WS2和所述纳米级MoS2均匀分布于所述石墨基体中且被所述石墨基体包覆，所述结构式中的x、y和z分别表示WS2、MoS2以及石墨在所述复合负极材料中的质量百分比，且x、y和z同时满足以下关系：x+y+z＝1，(x+y)/z≥1，x≠0，y≠0。在上述二元硫化物与C纳米复合负极材料，作为一种优选实施方式，所述复合负极材料中各组分的质量百分比为0＜x≤0.2，0＜y≤0.5，0＜z≤0.5。在上述二元硫化物与C纳米复合负极材料，作为一种优选实施方式，所述纳米级石墨颗粒的粒径为20-80nm。一种上述二元硫化物与C纳米复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按上述复合负极材料的组分配比将原料二硫化钨(WS2)粉和原料二硫化钼(MoS2)粉进行第一次机械球磨，以得到具有一定粒径的二硫化钨和二硫化钼的混合粉末；步骤二，按上述复合负极材料的组分配比向步骤一得到的混合粉末中加入石墨(C)粉，然后进行第二次球磨，第二次球磨后得到所述二元硫化物与C纳米复合负极材料。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述第一次机械球磨时的球料比(即研磨球和全部原料的质量比)为10:1-60:1(比如10:1、12:1、15:1、18:1、25:1、30:1、34:1、38:1、40:1、43:1、48:1、53:1、56:1、59:1)，所述第二次机械球磨时的球料比(即研磨球和全部原料的质量比)为5:1-50:1(比如6:1、8:1、12:1、18:1、25:1、30:1、34:1、38:1、40:1、43:1、48:1)。更优选地，所述第一次机械球磨时的球料比为30-50:1，所述第二次机械球磨时的球料比为10-30:1，且所述第一次机械球磨和所述第二次机械球磨的保护条件均为1-5bar(比如为2bar、3bar、4bar)的氩气(Ar)气氛。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述第一次机械球磨中，球磨转速为300-500rpm(比如305rpm、330rpm、350rpm、370rpm、400rpm、420rpm、440rpm、460rpm、490rpm)，球磨时间为10-60小时(比如12小时、18小时、22小时、26小时、30小时、40小时、45小时、55小时、59小时)；在所述第二次机械球磨中，球磨转速为100-300rpm(比如110rpm、150rpm、200rpm、220rpm、240rpm、260rpm、280rpm)，球磨时间为10-50小时(比如12小时、18小时、25小时、30小时、35小时、40小时、44小时、48小时)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述原料中WS2粉的粒径为10-20μm，所述MoS2粉的粒径为15-30μm，所述石墨粉的粒径为20-50μm。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤一得到的混合粉末的粒径为40-130nm。在上述制备方法中，所述WS2粉、MoS2粉以及石墨粉均可通过商业渠道购买。一种锂离子电池，包含上述二元硫化物与C纳米复合负极材料。本专利技术的制备方法简单易行、制备的复合负极材料电化学性能良好。所制备的二元硫化物与C纳米复合负极材料中纳米WS2、MoS2颗粒粒径在20-80nm左右，并均匀分布于导电性好石墨基体中，该结构既能缓解充放电过程中WS2、MoS2颗粒的体积效应，又能增强电解液的浸润性，有利于锂离子的传导；同时材料有比较大的比表面积，从而获得了良好的电化学性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二元硫化物与C纳米复合负极材料，其特征在于，该材料表示为如下结构式：(WS2)x(MoS2)yCz，该材料由纳米级WS2、纳米级MoS2以及纳米级石墨颗粒复合而成，其中，所述纳米级WS2和所述纳米级MoS2的粒径为20‑80nm，所述纳米级WS2和所述纳米级MoS2均匀分布于所述石墨基体中且被所述石墨基体包覆，所述结构式中的x、y和z分别表示WS2、MoS2以及石墨在所述复合负极材料中的质量百分比，且x、y和z同时满足以下关系：x+y+z＝1，(x+y)/z≥1，x≠0，y≠0。

【技术特征摘要】
1.一种二元硫化物与C纳米复合负极材料，其特征在于，该材料表示为如下结构式：(WS2)x(MoS2)yCz，该材料由纳米级WS2、纳米级MoS2以及纳米级石墨颗粒复合而成，其中，所述纳米级WS2和所述纳米级MoS2的粒径为20-80nm，所述纳米级WS2和所述纳米级MoS2均匀分布于所述石墨基体中且被所述石墨基体包覆，所述结构式中的x、y和z分别表示WS2、MoS2以及石墨在所述复合负极材料中的质量百分比，且x、y和z同时满足以下关系：0＜x≤0.2，0＜y≤0.5，0＜z≤0.5，x+y+z＝1，(x+y)/z≥1，x≠0，y≠0。2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述纳米级石墨颗粒的粒径为20-80nm。3.一种权利要求1或2所述二元硫化物与C纳米复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，按权利要求1或2所述复合负极材料的组分配比将原料WS2粉和原料MoS2粉进行第一次机械球磨，以得到具有一定粒径的WS2和MoS2的混合粉末；步骤二，按权利要求1或2所述复合负极材料的组分配比向步骤一得到的混合粉末中加入石墨粉，然后进行第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宏，武英，赵海花，况春江，周少雄，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11