一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜、制备方法及作为电极材料的应用技术

一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜、制备方法及作为电极材料的应用，涉及锂离子电池负极材料领域。该三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜结构中，以碳纤维为中间层，MoS2纳米球分别在里层包裹和外层生长，构建三明治型微观形貌；所述MoS2纳米球尺寸为100

【技术实现步骤摘要】
一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜、制备方法及作为电极材料的应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，具体是涉及一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜、制备方法及作为电极材料的应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车和智能电子产品的日益普及，锂离子电池由于其诸多优点而备受关注。目前使用的石墨电极，由于其容量低，不能满足日益增长的先进储能系统的需求，因此需要进一步开发具有良好循环寿命和高比容量的先进电极材料。而二硫化钼基化合物具有生产成本低、天然丰度高和理论比容量高等特点，是极具潜力的候选电极材料。
[0003]虽然人们已经致力于开发合适的二硫化钼基复合阳极材料，但在实际应用中仍存在嵌锂/脱锂过程中出现不可避免的体积膨胀问题，容易导致其循环寿命较低。而活性纳米粒子表面进行碳包覆被认为是解决体积膨胀问题的一种很有前途的方法，碳包覆能提供一个有限的反应空间来承受体积变化的机械应变，从而提高其结构的稳定性，并减少了活性粒子与电解质之间的直接接触界面，从而减少了副反应，提高了快速电荷传输过程的电导率。但是，如果碳的厚度层过高或过密，则电解质离子对活性材料表面的扩散阻力会变得相当大，从而导致比容量有限。
[0004]利用空间限域作用将MoS2与一些先进的碳材料协同组合是改善上述问题的一种有效办法，特别是构筑碳包覆结构。碳材料包覆MoS2既可以改善导电性，又可以缓解充放电过程中体积膨胀的问题。因此，构建厚度合适的碳壳层结构对于同时实现高容量和保持良好的结构稳定性至关重要。而在碳包覆的基础上进一步增加表面活性位点的数量，有利于提升锂离子传输和电子的迁移效率。目前，未发现针对三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜以及将其作为电极材料的相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜、制备方法及作为电极材料的应用，这种柔性自支撑膜结构新颖，用作电极材料能够改善导电性，利用碳纤维包覆结构有效缓解电极在电池充放电过程中的体积膨胀，加快了电子迁移率，提升储锂反应动力学性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]首先，本专利技术提出了一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜，以碳纤维为中间层，MoS2纳米球分别在里层包裹和外层生长，构建三明治型微观形貌；所述MoS2纳米球尺寸为100
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300nm，碳纤维直径为300
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800nm。
[0008]其次，本专利技术还提出了一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜的制备方法，首先以四水合钼酸铵、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮为原料，通过水热合成法制备出MoS2纳米球；其次通过静电纺丝技术将MoS2包覆于聚丙烯腈纤维中形成PAN@MoS2二元复合纤维膜材料；接着
在氮气气氛保护下，将PAN@MoS2碳化为碳纤维包覆MoS2结构(C@MoS2)；最后，以C@MoS2为基底材料，再次通过水热反应在其表面均匀负载球状MoS2，得到三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜。
[0009]作为本专利技术的优选技术方案，制备方法步骤如下：
[0010]1)、将四水合钼酸铵和硫脲加至去离子水中，待超声处理后，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和去离子水超声处理，得到分散性较好的混合溶液，然后转移至聚四氟乙烯内衬中，经水热反应、洗涤和干燥，得到产物MoS2；
[0011]2)、将聚丙烯腈(PAN)加入至N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，在水浴锅中恒温搅拌得到均匀透明的纺丝液；然后将一定量的MoS2加入至N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散，得到MoS2悬浮液，并将其逐滴加入至纺丝液中继续搅拌得到PAN@MoS2纺丝前驱体；将得到的PAN@MoS2纺丝前驱体通过静电纺丝技术得到PAN@MoS2纤维膜，最后经过梯度升温碳化，得到C@MoS2基底材料；
[0012]3)将四水合钼酸铵和硫脲加至去离子水中，待超声处理后，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和去离子水超声处理，得到分散性较好的混合溶液；将C@MoS2基底材料放置于聚四氟乙烯内衬中，并将配置的四水合钼酸铵、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液加入其中，并进行水热反应，得到的产物经清洗、干燥得到三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜。
[0013]作为本专利技术的进一步优选技术方案，本专利技术所提出的这种制备方法中：
[0014]所述步骤1)中添加的四水合钼酸铵、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮之间的重量比为0.4
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0.8∶2.5
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3.5∶0.4
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0.6，水热反应温度为180
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200℃，反应时间为24
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48h。
[0015]所述步骤2)中添加的聚丙烯腈与MoS2之间的重量比为4
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10∶1。
[0016]所述步骤2)中制备PAN@MoS2纤维膜所采用的静电纺丝工艺条件为：一次性注射器为20mL规格，针头采用18
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针头，静电纺丝电压为15～20kV，针头至收集器之间的距离为15
‑
20cm，注射泵注射速度为0.001～0.005mm/s，收集器转速为200～500rpm/min。
[0017]所述步骤2)中制备C@MoS2基底材料所采用的梯度升温碳化工艺为：25℃～105℃，升温速率为2℃/min，保温时长为30min；105℃～160℃，升温速率为1℃/min，保温时长为30min；160℃～270℃，升温速率为2℃/min，保温时长为120min；270℃～800℃，升温速率为2℃/min，保温时长为120min，并通入氮气作为保护气氛。
[0018]所述步骤3)中添加的四水合钼酸铵、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮、C@MoS2基底材料之间的重量比为0.4
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0.8∶2.5
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3.5∶0.4
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0.6∶0.01
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0.03。
[0019]最后，本专利技术还提出了这种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜在锂离子电池负极材料中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
[0021]1、本专利技术提出的这种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜，结构新颖，能够改善导电性，利用碳纤维包覆结构有效缓解电极在电池充放电过程中的体积膨胀，加快了电子迁移率，提升储锂反应动力学性能。这种柔性自支撑膜应用于锂离子电池具有比容量高、充放电速度快和循环寿命长等特点。
[0022]2、本专利技术提出的制备方法操作简单方便，成本低，快速且高效，制备的三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜作为电极材料，具有比容量高，良好的导电性、电化学活性和循环稳定性，且不需要粘结剂即能直接应用于锂离子电池。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜，其特征在于，以碳纤维为中间层，MoS2纳米球分别在里层包裹和外层生长，构建三明治型微观形貌；所述MoS2纳米球尺寸为100
‑
300nm，碳纤维直径为300
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800nm。2.一种制备如权利要求1所述三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜的方法，其特征在于，首先以四水合钼酸铵、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮为原料，通过水热合成法制备出MoS2纳米球；其次通过静电纺丝技术将MoS2包覆于聚丙烯腈纤维中形成PAN@MoS2二元复合纤维膜材料；接着在氮气气氛保护下，将PAN@MoS2碳化为碳纤维包覆MoS2结构(C@MoS2)；最后，以C@MoS2为基底材料，再次通过水热反应在其表面均匀负载球状MoS2，得到三明治型MoS2/C@MoS2柔性自支撑膜。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，制备方法步骤如下：1)、将四水合钼酸铵和硫脲加至去离子水中，待超声处理后，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和去离子水超声处理，得到分散性较好的混合溶液，然后转移至聚四氟乙烯内衬中，经水热反应、洗涤和干燥，得到产物MoS2；2)、将聚丙烯腈(PAN)加入至N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，在水浴锅中恒温搅拌得到均匀透明的纺丝液；然后将一定量的MoS2加入至N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散，得到MoS2悬浮液，并将其逐滴加入至纺丝液中继续搅拌得到PAN@MoS2纺丝前驱体；将得到的PAN@MoS2纺丝前驱体通过静电纺丝技术得到PAN@MoS2纤维膜，最后经过梯度升温碳化，得到C@MoS2基底材料；3)将四水合钼酸铵和硫脲加至去离子水中，待超声处理后，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和去离子水超声处理，得到分散性较好的混合溶液；将C@MoS2基底材料放置于聚四氟乙烯内衬中，并将配置的四水合钼酸铵、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液加入其中，并进行水热反应，得到的产物经清洗、干燥得到三明治型MoS2/C@M...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢劲松，葛磊，盛新宇，张忠诚，李明华，秦广超，胡坤宏，鲁红典，梁鑫，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：