一种二硫化钼微胶囊的制备方法、镁离子电池正极、镁离子电池技术

本发明专利技术公开了一种二硫化钼微胶囊的制备方法、镁离子电池正极、镁离子电池，首先通过水热法得到MoS

Preparation method of molybdenum disulfide microcapsule, positive pole of magnesium ion battery and magnesium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼微胶囊的制备方法、镁离子电池正极、镁离子电池
本专利技术涉及储能材料
，特别涉及一种二硫化钼微胶囊的制备方法、镁离子电池正极、镁离子电池。技术背景日益增长的能源需求刺激了先进能源存储设备的广泛发展。锂离子电池作为一种主要的能源载体，在日常生活和现代工业中得到了广泛的应用。然而，锂资源的短缺和电池运行过程中金属锂枝晶的形成所带来的固有安全问题等弊端，阻碍了锂电池的可持续发展。因此，越来越多的研究人员将目光转向了开发其他可充电金属离子电池。近年来，人们对Mg离子电池展现出极大兴趣，其具有较大理论比容量(2205mAhg-1)，负电位高，良好的操作安全性，环境友好性，巨大的材料丰富性和低廉的价格，在大规模应用领域中显示出潜力，它们被认为是电动汽车最有前景的绿色电源。然而到目前为止，研究镁离子电池仍处于起步阶段。阻碍镁离子电池实际使用的障碍主要有：1)在正极材料中Mg的插入和扩散动力学缓慢；2)Mg2+阳离子极化能力强，导致负极与电解质不相容。因此，寻找合适的正极和较少钝化的负极/电解液是非常有必要的。研究人员Aurbach等人在2000年将Chevrel相MgxMo3S4正极与0.25MMg(AlCl2EtBu)2/THF电解液相结合，取得了优异的镁嵌入/脱嵌性能，将Mg离子电池的发展推向了一个新的水平。然而镁离子电池由于循环性能差，实际放电容量较低，促进镁离子电池进步的关键是发展合适的正极和较少的钝化负极材料，使其具有合理的容量和循环能力。作为一种典型的层状过渡金属，MoS2一直被认为是一种多功能的能源相关应用材料。二硫化钼的结构类似于石墨烯，它由三个堆叠的原子层(S-Mo-S)组成：两个S原子和一个Mo原子夹在中间，三层由弱范德华相互作用叠加在一起，这种层状结构使Mg2+离子的插入和提取变得方便。值得注意的是，形貌和结构对电极材料的电化学性能有显著的影响。具有特殊形貌的MoS2的控制合成及其与形状有关的性质的研究引起了人们的广泛关注，而与碳涂层的结合可以极大地丰富MoS2的电化学性能。微囊化提供了一种特殊了碳包覆手段，传统的有乳化法、逐层组装技术、原位聚合、复合凝聚等。虽然这些方法各有其优点，但也存在一定的局限性，在包覆的过程中，应用的单体反应性强，且常受副反应的影响，对温度和pH值也非常敏感，导致难以控制一致的微胶囊形成，封装效率也较低。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种二硫化钼微胶囊制备方法、镁离子电池正极、镁离子电池。本专利技术首先通过水热法得到MoS2纳米球，再通过液驱同轴流动聚焦技术将MoS2纳米球封装进胶囊内部，经高温碳化后得到MoS2微胶囊，并将其应用于镁离子电池正极、镁离子电池。本专利技术针对MoS2微胶囊导电性差，负载量低的缺陷，提供了一种实验装置简单可靠、粒径均匀、重现性好、能实时操控的胶囊材料制备方法，胶囊材料包裹率高、循环稳定性好、倍率性能高。本专利技术采取的技术方案为：一种二硫化钼微胶囊的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将钼源与硫源溶于去离子水中，再向其中加入表面活性剂聚乙二醇750单甲醚，搅拌溶解后，进行水热反应，所得产物经洗涤干燥得到MoS2纳米材料，将其分散在聚乙烯醇水溶液中，得到MoS2溶液；(2)将光引发剂与有机光固化材料搅拌混合，得到混合溶液A；(3)以MoS2溶液、混合溶液A、聚乙烯醇水溶液，分别作为内相、外相、驱动相，利用液驱同轴流动聚焦技术，内相和外相在驱动相的剪切作用下得到MoS2微胶囊液滴，并将其在紫外光照下固化；(4)将固化后的MoS2微胶囊液滴洗涤、冷冻干燥，然后在惰性气体的保护下进行高温碳化，即可得到所述MoS2微胶囊。进一步地，步骤(1)中，所述钼源为四水合钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种；所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲、L～半胱氨酸、硫化钠中的一种或多种。步骤(1)中，所述钼源在去离子水中的浓度为0.01～0.1mol/L，优选为0.02～0.04mol/L；所述硫源在去离子水中的浓度为0.25～0.8mol/L，优选0.3～0.5mol/L；所述钼源、硫源的物质的量之比＞1：2，优选为1：12～18。所述聚乙二醇750单甲醚相对于去离子水的浓度为10～17g/L。所述水热反应的温度和时间分别为160～240℃、3～48h，优选为180～200℃、3～12h；MoS2纳米材料在聚乙烯醇水溶液中的浓度为0.01～0.15g/mL，优选为0.1～0.5g/mL；所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为1～10％。步骤(2)中，所述光引发剂的质量为有机光固化材料质量的0.1～10％，优选1～5％；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮。步骤(2)中，所述有机光固化材料为ETPTA或PEGDA中的一种或两种；步骤(3)中，所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为0.5～4％，优选1.5～2％；所述内相、外相、驱动相的流速分别为2～20mL/h、2～30mL/h、200～2000mL/h，优选为2～12mL/h、4～16mL/h、600～120mL/h。步骤(3)中，所述紫外光的波长为365nm；固化时间为2～30min，优选5～10min。步骤(4)中，所述高温碳化的温度为450～900℃，优选480～600℃，时间为0.5～8h，优选2-3h。步骤(4)中，所述冷冻干燥的时间为6～72h，优选12～24h。本专利技术还提供了一种镁离子电池正极，所述镁离子电池正极以所述的制备方法制备得到的二硫化钼微胶囊作为正极活性物质制备得到。本专利技术还提供了一种镁离子电池，所述镁离子电池所述的镁离子电池正极为正极组装得到，其具有良好的循环稳定性和倍率性能。本专利技术将钼源与硫源溶于离子水中，再向其中加入聚乙二醇750单甲醚作为表面活性剂，经一步水热反应得到MoS2纳米球，利用液驱同轴流动聚焦技术装置，将清洗、离心后的MoS2纳米球超声分散在PVA水溶液中作为内相，将含有光引发剂的有机光固化材料作为外相，将低浓度PVA水溶液作为驱动相，三个注射泵分别控制内相、外向、驱动相的流速。当驱动流体流量达到阈值后，内相和外相流体在在驱动相的驱动下被剪切成同轴锥形，同轴射流由于流动不稳定性最终破碎成小液滴，将接收的小液滴用紫外灯照射固化后再煅烧，得到导电性能优异的MoS2微胶囊。一方面，微囊化解决了碳包覆材料负载率低的问题；另一方面，碳化过程也提高了MoS2的导电性。将MoS2微胶囊应用于镁离子电池正极，提高了循环容量和倍率性能。本专利技术与现有技术相比具有以下优势：(1)合成过程简单，装置便捷可靠，能实时控制MoS2微胶囊材料大小，重现性高，能批量生产。(2)MoS2微胶囊的产率高，能直接通过注射泵的流速来调节胶囊的产出。(3)能通过控制内相、外相之间的不同流速实时调节MoS2微胶囊碳壳的厚度，极大提高导电性能。(4)MoS2微胶囊内部Mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钼微胶囊的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n(1)将钼源与硫源溶于离子水中，再向其中加入聚乙二醇750单甲醚，搅拌溶解后，进行水热反应，所得产物纳米材料经洗涤干燥得到MoS

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼微胶囊的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将钼源与硫源溶于离子水中，再向其中加入聚乙二醇750单甲醚，搅拌溶解后，进行水热反应，所得产物纳米材料经洗涤干燥得到MoS2纳米材料，将其分散在聚乙烯醇水溶液中，得到MoS2溶液；
(2)将光引发剂与有机光固化材料搅拌混合，得到混合溶液A；
(3)以MoS2溶液、混合溶液A、聚乙烯醇水溶液，分别作为内相、外相、驱动相，利用液驱同轴流动聚焦技术技术，内相和外相在驱动相的剪切作用下得到MoS2微胶囊液滴，并将其在紫外光照下固化；
(4)将固化后的MoS2微胶囊液滴洗涤、冷冻干燥，然后在惰性气体的保护下进行高温碳化，即可得到所述MoS2微胶囊。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钼源为钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种；所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲、L～半胱氨酸、硫化钠中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钼源在去离子水中的浓度为0.01～0.1mol/L；所述硫源在去离子水中的浓度为0.25～0.8mol/L；所述水热反应的温度和时间分别为160～240℃、3～48h；MoS2纳米材料在聚乙烯醇水溶液中的浓度为0.01～0.15g/mL；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金云，林夕蓉，曾祥兵，朱红，杨在喜，司廷，李金金，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34