一种二硫化钼纳米粒子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二硫化钼纳米粒子及其制备方法和应用，属于过渡金属硫化物纳米粒子制备技术领域。本发明专利技术解决了现有锂电池负极比容量不高的问题。本发明专利技术通过自下而上的方法合成了由十二硫醇诱导的自组装MoS2纳米粒子，其具有独特的纳米结构，具体为尺寸形貌一致、内部距离短，比表面积大、内部传输距离较短以及电导率高等物化性质，保证了负极材料的循环稳定性、高比容量、高倍率性能以及锂离子传输的可逆性，应用硫化钼负极的锂离子电池在1.0A/g的电流密度下循环1000圈后的放电比容量为600mAh/g，库伦效率高达98％，为制备具有纳米结构的高比容量、长循环稳定的负极材料提供了基础。基础。基础。

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼纳米粒子及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种二硫化钼纳米粒子及其制备方法和应用，属于过渡金属硫化物纳米粒子制备


技术介绍

[0002]锂离子电池作为电网储能和电动汽车的能源供应，具有高电压、高比能量、长循环寿命和令人满意的安全性等优点。现有商业化的锂离子电池电极材料大多以石墨或钛酸锂为负极以及钴酸锂为正极材料，然而这些材料可逆容量低，难以满足严峻的技术挑战和市场需求，大大限制了锂离子电池的发展。
[0003]二硫化钼(MoS2)是一种典型的多维材料，是现有比较有前途的锂离子电池负极和高效的析氢反应催化剂材料，其理论比容量也比石墨高一倍，且由纳米片制造的分级MoS2表现出更高的比容量、循环性能和电催化活性。此外，MoS2具有如线性、纳米球和纳米花等不同结构，已被证明可以提高电化学性能。然而，Li
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的存储最大的问题在于MoS2重新堆积到块状材料中阻碍了其完全锂化和脱锂，从而显著劣化了其循环性能，在高电流密度下电极粉碎问题更为严重。
[0004]针对上述缺点，MoS2纳米化一直是提高循环性和电化学性能的重要策略，随着MoS2纳米尺寸的减小，锂化和脱锂过程中体系的稳定性将显著提高，循环性能显著提高。现有MoS2纳米材料的制备方法可分为“自上而下”和“自下而上”两个大类。其中“自上而下”的方法包括机械剥离法、液相分离法、离子插嵌法等，该类方法具有工艺简单、成本低廉的优点。但同时存在一定局限性，其中机械剥离法效率极其低下，仅适用于实验室制备，而液相分离法和离子插嵌法获得的产物存在缺陷和相变。“自下而上”的方法包括化学气相沉积法、水热合成法、热分解法等，该类方法具有原料易获取，合成产量大，产物纯度高等优点，但该类方法存在生产成本高，生产周期长等问题。且现有的化学合成法需要数小时的反应时间，加工周期长，需要高温高压的环境，且需要通过溶剂来调控二硫化钼结构、颗粒尺寸以及均匀性，易造成污染，且制备工艺十分繁琐，控制条件要求苛刻。因此，提供一种成本低，工艺简单，制备条件可控的二硫化钼纳米粒子及其制备方法是十分必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有锂电池负极高容量受限的问题，提供一种高容量、高倍率的锂离子电池负极材料的制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]本专利技术的目的之一是提供一种硫化钼纳米粒子的制备方法，该方法为：在氩气环境下，将乙酰丙酮钼和十二硫醇进行热反应，反应结束后反应液依次经过沉淀、离心洗涤、干燥、煅烧和球磨处理，得到硫化钼纳米粒子。
[0008]进一步限定，乙酰丙酮钼和十二硫醇的配比为(1
‑
2)mmol：(10
‑
50)mL。
[0009]更进一步限定，乙酰丙酮钼和十二硫醇进行热反应前在140℃保持1h除水。
[0010]进一步限定，热反应条件为200
‑
240℃保温0.5
‑
2h。
[0011]进一步限定，沉淀过程为将反应液倒入乙醇中静置12h。
[0012]进一步限定，离心洗涤溶剂为体积比为3:1的乙醇和正己烷混合液。
[0013]进一步限定，离心洗涤次数为3
‑
5次。
[0014]进一步限定，煅烧条件为氩气环境、600
‑
800℃保温1
‑
2h。
[0015]进一步限定，球磨处理中球料比为10：1，时间为12h。
[0016]本专利技术的目的之二是提供一种硫化钼纳米粒子，该二硫化钼纳米粒子以单一或复合形式作为负极材料应用于锂离子电池。
[0017]进一步限定，硫化钼纳米粒子还可作为光催化剂使用。
[0018]本专利技术以热裂解的方法合成具有纳米尺度的硫化钼负极材料，其具有比表面积大、内部传输距离较短以及电导率高等物化性质，保证了负极材料的循环稳定性、高容量、高倍率性能以及锂离子传输的可逆性。与现有技术相比本申请还具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术通过自下而上的方法合成了由十二硫醇诱导的自组装MoS2纳米粒子，其具有独特的纳米结构，该纳米粒子具有尺寸形貌一致、内部传输距离短，比表面积大和电导率高等优点。由于锂离子优异的倍率和高容量归因于MoS2纳米颗粒较大的比表面积和较短的内部距离，这分别决定了电化学行为中的赝电容和扩散控制过程，为高容量、长循环稳定的负极纳米结构的电化学机理提供了基础。
[0020](2)本专利技术制备的硫化钼纳米粒子既具有较高的比表面积，又提高了负极的电导率、较短的锂离子传输路径，作为锂电池的负极材料能够提高负极的放电比容量以及循环稳定性。具体的硫化钼负极锂离子电池在1.0A/g的电流密度下循环1000圈放电比容量为600mAh/g，库伦效率高达98％，其放电比容量相比商用硫化钼负极材料的电池容量明显提高。
[0021](3)本专利技术提供硫化钼纳米粒子制备方法简单，易于实现，有效改善电极与电解液接触面积。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的扫描电镜形貌图；
[0023]图2为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的透射电镜形貌图；
[0024]图3为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的XRD表征；
[0025]图4为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的Raman表征；
[0026]图5为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的比表面积测试结果；
[0027]图6为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的热重测试结果；
[0028]图7为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的紫外表征；
[0029]图8为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的电导率和Zeta电位测试结果；
[0030]图9为实施例1制备的硫化钼纳米粒子的XPS测试；
[0031]图10为实施例1制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池的循环伏安法电化学测试结果；
[0032]图11为实施例1制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池的不同电流下的循环伏安法测试结果；
[0033]图12为实施例1制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池的不同扫描速率下MoS2纳米粒子的扩散控制和电容贡献比；
[0034]图13为各实施例制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池的阻抗测试结果；
[0035]图14为各实施例制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池的倍率测试结果；
[0036]图15为实施例1制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池在0.2A/g电流密度下的电化学测试；
[0037]图16为实施例1制备的硫化钼纳米粒子作为负极制备的硫化钼/锂金属电池在1.0A/g电流密度下的电化学测试；
[0038]图17为实施例1制备的硫化钼纳米粒子与现有其他文献记载的硫化钼性能对比。
具体实施方式
[0039]为了使本专利技术的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼纳米粒子的制备方法，其特征在于，在氩气环境下，将乙酰丙酮钼和十二硫醇进行热反应，反应结束后反应液依次经过沉淀、离心洗涤、干燥、煅烧和球磨处理，得到硫化钼纳米粒子。2.根据权利要求1所述的二硫化钼纳米粒子的制备方法，其特征在于，乙酰丙酮钼和十二硫醇的配比为(1
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2)mmol：(10
‑
50)mL。3.根据权利要求1所述的二硫化钼纳米粒子的制备方法，其特征在于，乙酰丙酮钼和十二硫醇进行热反应前在140℃保持1h除水。4.根据权利要求1所述的二硫化钼纳米粒子的制备方法，其特征在于，热反应条件为200
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240℃保温0.5
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2...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟东，刘继鹏，韩杰才，刘远鹏，杨春晖，董运发，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：