一种多级结构二硫化钼微球锂电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术是一种多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：将二水合钼酸钠与尿素并溶于去离子水中，搅拌15～60min，然后滴加盐酸使pH值调节至0～1，再将混合溶液转移到以聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，于150～250℃下保温1～40h，而后自然冷却到室温，取出反应后的混合溶液，离心分离后洗涤沉淀物，再将其置于电热鼓风干燥箱中干燥，取出后将其置于研钵中研成细粉，最终制得多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料。本发明专利技术利用简单的试验方法和工艺步骤制备出具有粒径较小（200-250nm）且分布均匀的多级结构的二硫化钼微球，具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池负极材料及其制备方法，更具体地涉及一种多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型、高能、无污染的化学电源已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车与混合电动汽车等储能领域。然而随着地球资源过度消耗和环境污染等问题的出现，对锂离子电池的容量、能量密度以及循环性能都提出了更高的要求。锂离子电池的负极材料是决定其电化学性能的关键之一。目前，广泛应用的商业化碳负极材料的理论容量仅为372mAh/g，使得其不能满足制造高循环性能、高能量密度和高功率密度锂离子电池的市场要求。因此，寻找高性能储锂负极材料成为近年来锂离子电池研究的热点。MoS2是一种类似石墨烯结构的典型层状金属硫化物，原子层以S-Mo-SS-Mo-S形式堆叠，S-Mo-S间通过较强的共价键结合而成，S-S平面之间通过相对较弱的范德华力相互作用。其层间的范德华空位有利于锂离子的嵌入，并且能够缓冲在锂离子脱嵌过程所引发的体积膨胀问题。同时，MoS2在自然界中含量丰富，容易制备，对环境无污染，且作为锂离子电池负极材料时具有相对较高的理论容量(～670mAh/g)及良好的结构稳定性,是最具有发展前景的电极材料之一。但是MoS2在充放电过程中的体积会发生剧烈变化，使得电极材料的内部层状结构快速崩溃，导致电池的循环稳定性降低。此外，由于MoS2电极材料与电解液相互接触，在其首次充放电会形成SEI(solid-electrolyte-interface)膜，致使活性材料损失，电池比容量下降。这些因素都限制了MoS2在锂离子电池领域中的发展。因此，寻求新的MoS2电极材料制备技术以克服现有技术的不足，对促进锂离子电池的研发和应用具有重要意义。随着对MoS2电极材料的深入研究，为了提高MoS2负极材料的循环寿命以及可逆容量，主要有两种解决途径：一是将MoS2纳米化，将MoS2晶体尺寸降低到纳米尺度，纳米化可大幅地缩短锂离子的传输路径，增大电极和电解液的接触面积，缓解体积膨胀等，但也会造成比表面积过大，首次充放电不可逆容量较高等问题；二是特殊结构的构建，主要包括空心、与碳材料复合等，此类结构的设计都在一定程度上缓解了MoS2在充放电过程中的体积变化，但是活性物质的负载率和电极材料的堆密度都低，从而限制了MoS2的广泛应用。分级结构是通过一次纳米结构的自组装，得到尺寸更大的二级结构。研究表明，分级结构既具备纳米材料在锂离子和电子传输距离短的优点，又保证了较高的活性物质负载率，同时缓解了MoS2的体积变化，最大程度的发挥了微米、纳米材料各自的优势。例如，CN102701281A报道了一种花状二硫化钼空心微球的制备方法，将(NH4)2MoO4、CS(NH2)2、NH2OH·HCl以及表面活性剂溶解于水中得到溶液，再用酸调节溶液pH值至5～6.5，然后搅拌所得溶液并移入反应釜，密封恒温反应后，得到反应产物并将反应物离心干燥最终得到二硫化钼空心微球；CN104681815A报道了一种球状二硫化钼复合材料及其制备方法和应用，是将钼酸钠与L-半胱氨酸加入去离子水中混匀加热，冷却后用水和乙醇交替洗涤，得到球状二硫化钼纳米球，然后用油酸浸泡二硫化钼，最后将浸泡的二硫化钼在惰性气氛中中加热，得到无定型碳包覆的球状二硫化钼复合材料；CN104218216A报道了一种二硫化钼纳米复合负极材料、制备方法及其用途，其采用研磨球与二硫化钼在惰性气体保护下进行第一次球磨，得到球磨样品，然后将球磨样品、石墨粉和研磨球在惰性气体保护下进行第二次球磨，得到二硫化钼纳米复合电极材料；但是上述现有技术普遍存在的缺点是：制备出的多级二硫化钼尺寸较大、分布不均匀、较难控制其微观形貌，使充放电过程中仍然存在体积膨胀现象，从而限制他们的脱嵌锂性能、循环性能和倍率性能，且制备工艺复杂和生产成本高，影响了二硫化钼负极材料在锂离子电池的广泛应用。因此说，在制备具有多级结构的二硫化钼锂离子电池负极材料的工艺中，有效的控制二硫化钼的微观形貌，是改善二硫化钼负极材料电化学性能的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种具有多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法，是一种通过一步水热法制备多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的方法，克服了现有技术中制得的多级二硫化钼尺寸较大、分布不均匀，较难控制二硫化钼的微观形貌的缺点，以及用其制备的锂离子电池负极材料脱嵌锂性能，循环性能和倍率性能不佳，制备工艺繁琐和生产成本高的缺陷。本专利技术的技术方案是：一种多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：将二水合钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)与尿素(H2NCSNH2)并溶于去离子水中，配制成混合溶液，搅拌混合溶液15～60min，然后滴加盐酸(HCl)，将混合溶液PH值调节至0～1，再将该混合溶液转移到以聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，于150～250℃下保温1～40h，而后将该反应釜随烘箱自然冷却到室温，取出反应后的混合溶液，离心分离后洗涤沉淀物，再将其置于电热鼓风干燥箱中在40～90℃下干燥，取出后将其置于研钵中研成细粉，最终制得多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料；其中，摩尔比Na2MoO4：H2NCSNH2＝1:1～20；所述的搅拌为磁力搅拌机以100～300r/min的转速；所述的离心分离为3000～12000r/min的转速。上述多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法，其中所涉及到的原材料均通过商购获得，所用的设备和工艺均是本
的技术人员所熟知的。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术方法所具有突出的实质性特点如下：本专利技术的创造性在于利用简单的试验方法和工艺步骤制备出具有粒径较小(200-250nm)且分布均匀的多级结构二硫化钼微球，且制得的负极材料具有优秀的电化学性能。(1)在本专利技术的设计过程中，充分考虑了微观结构以及尺寸分布对二硫化钼电化学性能的影响，在保证二硫化钼是多级结构的前提下，创新性地优化了二硫化钼微球的尺寸分布、粒径大小，使其具有较大的比表面积以及良好机械稳定性进而提高二硫化钼锂离子电池负极材料的电化学性能，采用一步水热法制备出多级结构的二硫化钼微球。本专利技术制得的多级结构的MoS2微球的平均粒径仅在200-250nm之间，较小的粒径以及均匀的尺寸分布既可以减缓充放电过程中二硫化钼负极材料的体积变化从而提高二硫化钼负极材料循环性能，同时缩短锂离子的传输路径，增大电极和电解液的接触面积从而增大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法，其特征为包括如下步骤：将二水合钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）与尿素（H2NCSNH2）并溶于去离子水中，配制成混合溶液，搅拌混合溶液15～60min，然后滴加盐酸（HCl），将混合溶液PH值调节至0～1，再将该混合溶液转移到以聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，于150～250℃下保温1～40h，而后将该反应釜随烘箱自然冷却到室温，取出反应后的混合溶液，离心分离后洗涤沉淀物，再将其置于电热鼓风干燥箱中在40～90℃下干燥，取出后将其置于研钵中研成细粉，最终制得多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料；其中，摩尔比Na2MoO4： H2NCSNH2=1:1～20。

【技术特征摘要】
1.一种多级结构二硫化钼微球锂离子电池负极材料的制备方法，其特征为包括如下步骤：
将二水合钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）与尿素（H2NCSNH2）并溶于去离子水中，配制成混合溶液，搅拌混合溶液15～60min，然后滴加盐酸（HCl），将混合溶液PH值调节至0～1，再将该混合溶液转移到以聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，于150～250℃下保温1～40h，而后将该反应釜随烘箱自然冷却到室温，取出反应后的混合溶液，离心分离后洗涤沉淀物，再将其置于电热鼓风干...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永光，殷福星，王新，谭台哲，
申请(专利权)人：河源广工大协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44