一种核壳结构MoO2‑MoS2钠离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种核壳结构MoO2‑MoS2钠离子电池负极材料及其制备方法，属于钠离子电池电极材料制备技术领域。以MoO3为前驱体，其与S粉发生氧化还原反应得到MoO2，采用原位合成法使得MoS2纳米片长在MoO2模板上，形成具有核壳结构的MoO2‑MoS2复合材料。MoO2骨架起到结构支撑的作用，避免了片状的MoS2叠加，提高了材料导电性的同时也提高了材料的循环稳定性。本发明专利技术制备过程简单易控，周期短，能耗低，产物的重复性高，产率大，有利于规模化生产。经该方法制得的MoO2‑MoS2钠离子电池负极材料具有三维核壳结构，放电比容量高，循环稳定性好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钠离子电池电极材料制备
，涉及一种核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料及其制备方法，具体涉及一种采用原位合成法制备具有核壳结构的MoO2-MoS2高性能的钠离子电池负极材料的方法。
技术介绍
随着人们对清洁能源和可再生资源的广泛关注，锂离子电池已被广泛用作各种电子产品的工作电源(手机、笔记本电脑、数码相机等)和移动式装备的动力电池(电动车、潜艇、导弹发射等)。然而锂资源的稀缺限制了锂离子电池技术的大规模应用。相对而言，钠储量较锂高，且分布广泛，占地球地壳质量的2.6％，因此钠离子电池成为研究者们关注的对象。石墨结晶度高，具有层状的结构，用于二次电池负极材料，其在锂离子电池中理论容量为372mAhg-1，而用于钠离子电池，其理论容量约为20mAhg-1。[QianJ,WuX,CaoY,etal.Highcapacityandratecapabilityofamorphousphosphorusforsodiumionbatteries[J].AngewandteChemie,2013,125(17):4731-4734.]，[ZhuY,HanX,XuY,etal.ElectrospunSb/Cfibersforastableandfastsodium-ionbatteryanode[J].ACSnano,2013,7(7):6378-6386.]为此研究者们不断探索钠离子电池负极可替代材料。其中，MoS2具有S-Mo-S夹心层状(类石墨烯)结构，层内原子通过强共价键结合，层与层之间存在弱范德华力作用以及较高的理论容量，因此受到人们的广泛关注。MoS2是一个典型的层状结构材料，层与层之间的间距约为0.615nm，显著高于石墨(0.335nm)。这为钠离子的嵌入和脱出提供了条件。片状MoS2层间依靠范德华力相互连接，其在嵌/脱钠过程中易造成结构坍塌，从而发生活性物质聚集和大的体积变化，随着钠离子电池循环次数增加，容量也发生明显衰减。同时由于片状的MoS2经过充放电发生叠加及其导电性差等原因，当作为钠离子电池负极材料时，表现出较差的循环稳定性。[ZhangS,YuX,YuH,etal.GrowthofUltrathinMoS2NanosheetswithExpandedSpacingof(002)PlaneonCarbonNanotubesforHigh-PerformanceSodium-IonBatteryAnodes[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2014,6(24):21880-21885.]，[ZhangS,YuX,YuH,etal.GrowthofUltrathinMoS2NanosheetswithExpandedSpacingof(002)PlaneonCarbonNanotubesforHigh-PerformanceSodium-IonBatteryAnodes[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2014,6(24):21880-21885.]，[XuX,FanZ,YuX,etal.ANanosheets‐on‐ChannelArchitectureConstructedfromMoS2andCMK‐3forHigh‐CapacityandLong‐Cycle‐LifeLithiumStorage[J].AdvancedEnergyMaterials,2014,4(17).]
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料及其制备方法，该方法制备过程简单、易控，反应周期短，能耗低，重复性高，产率大，经该方法制得的MoO2-MoS2钠离子电池负极材料具有三维核壳结构，放电比容量高，循环稳定性好等特点。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)取钼酸铵，充分研磨均匀后，从室温升温至400～600℃下保温反应1～3h后，冷却至室温，将反应产物洗净、干燥，制得MoO3前驱体；2)将MoO3前驱体和S粉按照0.5：(1.0～5.0)的质量比，研磨均匀后，在惰性条件下，从室温升温至400～600℃，保温反应0.5～2h，然后继续升温至600～800℃，保温反应0.5～2h，冷却至室温，将反应产物洗净、干燥，制得具有核壳结构的MoO2-MoS2钠离子电池负极材料。步骤1)是将钼酸铵研磨均匀后置于瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，在空气气氛下，以5-10℃min-1的升温速率从室温升至400～600℃。步骤1)中，将反应产物用去离子水清洗3～6次，然后真空干燥8～12h。步骤2)是将研磨均匀后的反应物置于瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，在氩气气氛下发生反应。反应开始时，通入氩气的气体流速为100sccm，以5-10℃min-1的升温速率，从室温升温至100℃后，控制氩气的气体流速为0～100sccm，以5-10℃min-1的升温速率继续升温至400～600℃，保温反应0.5～2h，然后以5-10℃min-1的升温速率继续升温至600～800℃，保温反应0.5～2h，反应结束后调节氩气气体流速为10～100sccm。步骤2)中，将反应产物用去离子水清洗3～6次，然后真空干燥8～12h。本专利技术还公开了采用上述的方法制得的核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，以合成的MoO3为前驱体，MoO3与S粉发生氧化还原反应得到MoO2，采用原位合成法使得MoS2纳米片包裹在少量MoO2纳米颗粒模板上，形成具有核壳结构的MoO2-MoS2复合材料，由于S粉在反应过程中升华是以气态的形式存在于反应环境中，所以让S粉与MoO3充分接触，能够实现MoO3被完全还原成MoO2，新合成的MoO2进一步部被S粉硫化，最终形成核壳结构MoO2-MoS2，S粉充当还原剂及硫化剂双重角色；MoO2骨架起到结构支撑的作用，避免了片状的MoS2叠加，提高了材料导电性的同时也提高了材料的循环稳定性。本专利技术制备过程简单易控，周期短，能耗低，产物的重复性高，产率大，有利于规模化生产。进一步地，在反应过程中，当温度升至100℃后控制Ar气体流速为0-100sccm，其目的在于通过控制Ar气体流速使得MoO3与S粉升华后的S蒸汽充分接触。反应结束后调节氩气气体流速为10-100sccm，以排出反应环境中过剩的S。进一步地，继续升温至600-800℃，再次保温0.5-2h，以确保S蒸汽与MoO3充分反应。附图说明图1为本专利技术制得的MoO2-MoS2产物的XRD图；图2为本专利技术制得的MoO2-MoS2产物的SEM照片；图3为本专利技术制得的MoO2-MoS2的循环性能测试图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术公开的一种核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、取钼酸铵，充分研磨均匀后，从室温升温至400～600℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构MoO2‑MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取钼酸铵，充分研磨均匀后，从室温升温至400～600℃下保温反应1～3h后，冷却至室温，将反应产物洗净、干燥，制得MoO3前驱体；2)将MoO3前驱体和S粉按照0.5：(1.0～5.0)的质量比，研磨均匀后，在惰性条件下，从室温升温至400～600℃，保温反应0.5～2h，然后继续升温至600～800℃，保温反应0.5～2h，冷却至室温，将反应产物洗净、干燥，制得具有核壳结构的MoO2‑MoS2钠离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取钼酸铵，充分研磨均匀后，从室温升温至400～600℃下保温反应1～3h后，冷却至室温，将反应产物洗净、干燥，制得MoO3前驱体；2)将MoO3前驱体和S粉按照0.5：(1.0～5.0)的质量比，研磨均匀后，在惰性条件下，从室温升温至400～600℃，保温反应0.5～2h，然后继续升温至600～800℃，保温反应0.5～2h，冷却至室温，将反应产物洗净、干燥，制得具有核壳结构的MoO2-MoS2钠离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)是将钼酸铵研磨均匀后置于瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，在空气气氛下，以5-10℃min-1的升温速率从室温升至400～600℃。3.根据权利要求1所述的核壳结构MoO2-MoS2钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将反应产物用去离子水清洗3～6次，然后真空干燥8～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许占位，王天，姚恺，黄剑锋，杨军，沈学涛，曹丽云，徐鹏飞，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61