一种金属氧化物‑硫化物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金属氧化物‑硫化物复合负极材料及其制备方法，包括Cu2O纳米颗粒均匀的负载在较薄MoS2纳米片的表面。本发明专利技术新型金属氧化物/硫化物复合负极材料，Cu2O纳米颗粒尺寸较为均一，形貌规整，且能通过范德华力均匀的负载在MoS2纳米片上。将该复合材料用作锂离子电池负极材料的活性物质，测试电化学性能(电流密度：200mA g

A metal oxide sulfide composite anode material and preparation method thereof

The invention discloses a metal oxide sulfide composite anode material and preparation method thereof, including the Cu2O nano particles were loaded on the surface of thin MoS2 nanosheets. The new metal oxide / sulfide composite negative electrode material has uniform size and regular morphology, and can be uniformly loaded on the MoS2 nanosheets through fan Edward force. The composite material used as active material of anode materials for lithium ion batteries, electrochemical performance test (current density: 200mA G

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物-硫化物复合负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池负极材料的应用领域，具体是一种新型金属氧化物/硫化物的制备方法及应用。
技术介绍
作为理想的锂离子电池负极材料，MoS2具有类石墨烯层状结构，较大的层间距(0.62nm)有利于锂离子的嵌入和脱出，且具有较高的理论比容量。但由于MoS2具有较大的表面能，层状的MoS2极易发生堆叠，因此在充放电循环的过程中，体积容易发生改变，容量衰减较快。此外，MoS2本征电子电导较差，从而影响其电化学性能。过渡态金属氧化物Cu2O，因为其低生产成本、无毒、较高的理论比容量等优点而代替碳基材料应用到锂离子电池中。但在充放电过程中，作为电极材料的Cu2O并不稳定，其体积会发生膨胀，从而影响锂离子电池的电化学性能。针对以上问题，将剥离之后的MoS2纳米片与形貌较为规整、尺寸较为均一的Cu2O纳米颗粒进行复合，从而对锂离子电池的电化学性能进行改善。公开了一种新型金属氧化物/硫化物的制备方法，即用溶液法和液相剥离法分别制备金属氧化物和金属硫化物单体，之后将其混合搅拌的到新型物质。溶液法操作简单，绿色环保，得到了尺寸均一的Cu2O纳米颗粒，液相剥离法可得到高质量的、韧性更好的MoS2纳米片，将二者进行混合，超声搅拌，Cu2O纳米颗粒则会均匀的负载在MoS2纳米片的表面。该材料结合了MoS2与Cu2O的优点，具有优异的电化学性能。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是在改善现在技术中存在的问题的基础上，提供一种金属氧化物-硫化物复合负极材料及其制备方法。利用低成本、温和、不需要模板剂的合成方式来制备Cu2O纳米颗粒，再通过对块状MoS2进行剥离得到MoS2纳米片，纳米片表面有范德华力，使得Cu2O纳米颗粒均匀的负载在MoS2纳米片的表面。制备条件温和，绿色环保，得到的Cu2O-MoS2复合材料具有优异的电化学性能，其充放电比容量在经过180次循环后仍为515.5mAhg-1。技术方案：本专利技术的一种金属氧化物-硫化物复合负极材料首次将Cu2O负载在MoS2纳米片的表面并首次把该材料应用到了锂离子电池中。该材料的Cu2O纳米颗粒尺寸为均一且均匀的负载在MoS2纳米片的表面，该材料具有优异的电化学性能。Cu2O纳米颗粒的平均粒径约为23±10nm，MoS2纳米片最少堆叠层数约为2-5层。本专利技术的金属氧化物-硫化物复合负极材料的制备方法为：采用溶液法制备Cu2O纳米颗粒，再用液相剥离法得到堆叠层数为2-5层的MoS2纳米片，将Cu2O纳米颗粒与MoS2纳米片重新分散在去离子水中，混合后超声搅拌得到金属氧化物-硫化物复合负极材料。该制备方法按照如下步骤进行：1)步骤1：溶液法制备Cu2O纳米颗粒：用CuSO4·5H2O、NaOH反应在35℃水浴下进行，再加入还原剂，中间不断进行搅拌，得到Cu2O纳米颗粒；2)步骤2：液相剥离法制备MoS2纳米片：将MoS2分散液加入溶剂NMP，超声剥离，之后低转速进行离心，吸取上层清液，再对上层清液进行高转速离心，除去NMP即得到MoS2纳米片；3)将制备得到的Cu2O纳米颗粒与MoS2纳米片分别超声分散在去离子水中，之后向Cu2O纳米颗粒分散液中滴入MoS2纳米片的分散液，超声、搅拌即得到Cu2O纳米颗粒均匀的负载在MoS2纳米片上。其中，所述的Cu2O纳米颗粒与MoS2纳米片的质量比为2:1-9:1。所述的CuSO4·5H2O与NaOH的摩尔量之比为1:15-1:35。所述的还原剂为抗坏血酸。所述的MoS2分散液的浓度为1mg/mL。所述的低转速为3000rpm，高转速为14000rpm。该复合负极材料应用为锂离子电池负极材料，并展现了优良的电化学性能。有益效果：采用溶液法来制备Cu2O纳米颗粒，所用的溶剂为去离子水，绿色环保且极大程度的降低了生产成本。通过混合，超声搅拌的方法来制备负载较为均一的Cu2O-MoS2复合材料，无需模板剂和表面活性剂。制备得到的Cu2O-MoS2复合材料作为锂离子电池负极材料时，具有优异的电化学性能，其首次充放电可逆容量为620.0mAhg-1，循环约180次后电化学性能依然很稳定。整体的制备过程操作简单、灵活，反应条件绿色环保、较为温和，适用于工业化生产，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的Cu2O-MoS2复合材料的XRD表征图。图2为本专利技术实施例1得到的Cu2O-MoS2复合材料的TEM图。图3为本专利技术实施例1得到的Cu2O-MoS2复合材料作为锂离子电池负极材料的恒流充放电图，横坐标为循环次数，纵坐标为充放电比容量。图4为本专利技术实施例1得到的Cu2O-MoS2复合材料作为锂离子电池负极材料的倍率图，横坐标为循环次数，纵坐标为充放电比容量。图5为对比例3得到的Cu2O纳米颗粒的XRD表征图。具体实施方式为了更好的阐述本专利技术，下面结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1步骤1，将350μL的0.1M的CuSO4.5H2O水溶液与350μL的1.0M的NaOH水溶液在一定温度水浴下混合，搅拌3-5min，再向其中加入的AA(抗坏血酸)水溶液，一定温度水浴下搅拌10min使晶体生长。之后进行用去离子水和无水乙醇离心洗涤数次，即可得到Cu2O纳米颗粒，备用。步骤2，将MoS2粉末(成品)加入NMP中，不断震荡使MoS2粉末均匀的分散在NMP中，分散液浓度为1mgL-1，超声1h对堆叠的MoS2进行剥离。将剥离后的分散液在3000rpm下离心，吸取上层清液(约为分散液总量的1/2)，再将得到的上清液在14000rpm下离心，除去NMP，即可得到MoS2薄片。步骤3，将步骤1与步骤2中得到的Cu2O纳米颗粒与MoS2纳米片分别超声分散在去离子水中，之后向Cu2O纳米颗粒的分散液中缓慢加入MoS2纳米片的分散液，超声约15min，之后搅拌8-12h。将所加入的Cu2O与MoS2的质量比控制为19:1，之后对步骤3中得到的分散液用去离子水和无水乙醇进行洗涤，洗涤次数为3-5次，将得到的样品烘干备用。对得到的Cu2O-MoS2复合材料进行XRD表征，如图1所示，由衍射峰的位置可知，所得物质为Cu2O-MoS2复合物。对得到的Cu2O-MoS2复合材料进行TEM表征，如图2所示，MoS2纳米片堆叠层数较少，Cu2O纳米颗粒较为均匀的负载在MoS2纳米片的表面。将本例实施得到的Cu2O-MoS2复合材料作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试，极片配比为Cu2O-MoS2复合材料：乙炔黑：PVDF＝80:10:10，以锂片为负极材料制备CR2032型纽扣电池。在0.01-3.0V电压窗口，200mAg-1电流密度下进行恒电流充放电测试；在0.01-3.0V电压窗口，100mAg-1，200mAg-1，400mAg-1，800mAg-1，200mAg-1，100mAg-1电流密度下进行倍率测试。恒电流充放电测试结果如图3所示，本实施例得到的Cu2O-MoS2复合材料在作为锂离子电池负极材料时，表现出相对于理论比容量较高的比容量，其电化学性能较为稳定。首次循环放电比容量为614.3mAhg-1，首次充电比容量为497.5mAhg-1.电池循环了180次后，其充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物‑硫化物复合负极材料，其特征在于：该复合负极材料的Cu2O纳米颗粒尺寸均一且均匀的负载在MoS2纳米片的表面，该材料具有优异的电化学性能。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物-硫化物复合负极材料，其特征在于：该复合负极材料的Cu2O纳米颗粒尺寸均一且均匀的负载在MoS2纳米片的表面，该材料具有优异的电化学性能。2.如权利要求1所述的金属氧化物-硫化物复合负极材料，其特征在于：所述的复合负极材料中，Cu2O纳米颗粒的平均粒径约为23±10nm，MoS2纳米片最少堆叠层数约为2-5层。3.一种如权利要求1或2所述的金属氧化物-硫化物复合负极材料的制备方法，其特征在于：采用溶液法制备Cu2O纳米颗粒，再用液相剥离法得到堆叠层数为2-5层的MoS2纳米片，将Cu2O纳米颗粒与MoS2纳米片重新分散在去离子水中，混合后超声搅拌得到金属氧化物-硫化物复合负极材料。4.如权利要求3所述的金属氧化物-硫化物复合负极材料制备方法，其特征在于：该制备方法按照如下步骤进行：1)步骤1：溶液法制备Cu2O纳米颗粒：用CuSO4·5H2O、NaOH反应在35℃水浴下进行，再加入还原剂，中间不断进行搅拌，得到Cu2O纳米颗粒；2)步骤2：液相剥离法制备MoS2纳米片：将MoS2分散液加入溶剂NMP，超声剥离，之后低转速进行离心，吸取上层清液，再对上层清液进行高转速离心，除...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄永兵，刘甲文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32