【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池电极材料，具体涉及一种硫化钼表面修饰的介孔碳球复合电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、钠离子电池具有钠资源丰富和价格低廉的特点，在大规模储能和智能电网等应用领域中展现出极具前景的应用潜力。然而其能量密度、长循环稳定性、以及大电流下的倍率性能，仍然是其商业化发展中的短板，需要进一步优化。
2、负极材料对电池的能量密度和稳定性起着至关重要的作用。最理想的负极材料应具有高理论容量、高首周库伦效率、良好的倍率性能以及循环稳定性等特点。硬碳作为钠离子电池负极材料的重要分类，由于其具有合适的平台电位、良好的结构稳定性和优异的可逆容量，是当前最具商业化前景的钠离子电池负极材料。但是在低电位平台区硬碳材料的钠离子扩散系数大幅降低，导致其倍率性能较低(<5a g-1)，不能满足钠离子电池大规模应用的要求。研究表明设计具有较快离子扩散速率的“斜坡区”反应能够提升硬碳负极的倍率性能，但获得“斜坡区”主导的高倍率容量仍然是一项巨大的挑战。
3、目前已有文献主要通过设计多孔纳米结构(adv.energy mater.2019,9,1900036)、表面修饰(adv.energy mater.2020,10,2000400)等方式来解决以上问题，比如设计n、p、s、b、o、f等非金属杂原子在碳骨架中的单掺杂或者多掺杂能够创造更多的活性位点并改变碳材料的微观结构，但是这种方法往往会造成较大的比表面积，同时杂原子会造成严重的电解液分解和不可逆的钠离子吸附反应，因此其获得的钠离子存储性能仍然无法达到预
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种硫化钼表面修饰的介孔碳球复合电极材料及其制备方法与应用，用于组装钠离子电池。
2、本专利技术提供的硫化钼表面修饰的介孔碳球复合电极材料，具有球形的介孔碳骨架，颗粒粒径为340-360nm，介孔孔径为7-10nm，硫化钼呈现少层(2-3层)的结构特点，主要修饰于介孔孔道的表面上；硫化钼的质量占比为复合电极材料质量的10％-15％。
3、本专利技术提供的表面硫化钼修饰的介孔碳球复合电极材料，是以多巴胺为碳源前驱体，f127为表面活性剂，在纳米乳液体系中经由氨水催化组装形成介孔聚合物，然后在含有硫代钼酸盐溶液中通过分子配位作用形成硫代钼酸盐多巴胺前驱体，之后通过一步煅烧法制备得到硫化钼修饰的介孔碳球复合材料。
4、本专利技术提供的硫化钼修饰的介孔碳球复合电极材料的制备方法，具体步骤为：
5、(1)采用分子配位法合成介孔聚合物复合材料：将表面活性剂、碳源前驱体和扩孔剂加入到有机溶剂/水的混合溶液中，形成白色的纳米乳液体系，搅拌后加入催化剂，反应一段时间，然后经过离心洗涤，得到介孔高分子聚合物，将其重新分散到一定浓度硫代钼酸盐的有机溶剂/水混合溶液中，收集反应后产物并干燥，得到介孔多巴胺聚合物/硫代钼酸盐复合材料；
6、(2)采用程序化升温制备表面硫化钼修饰的介孔碳球复合电极材料：将步骤(1)得到的复合材料在管式炉中、惰性气氛下以1-5℃/min的速率程序升温煅烧，包括：在300-400℃焙烧1-3h，除去表面活性剂和扩孔剂；再在500-800℃下焙烧3-8h，使骨架碳化，即得到所述硫化钼修饰的介孔碳球复合电极材料。
7、优选地，步骤(1)中所述钼盐为硫代钼酸铵、硫代钼酸钠种的一种或两种；钼盐在有机溶剂/水混合溶液中浓度为0.1mol/l-0.5mol/l。
8、优选地，步骤(1)中，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
9、进一步优选地，所述表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-聚环氧丁烷、聚环氧丙烷-聚环氧乙烷-聚环氧丙烷三嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚苯乙烯或聚环氧乙烷-聚甲基丙烯酸甲酯二嵌段共聚物中的一种或几种。
10、优选地，步骤(1)中，所述碳源为盐酸多巴胺、吡咯、酚醛树脂、脲醛树脂、嘧胺树脂、聚酰亚胺、尿胺树脂、糠醛树脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶、聚丙烯腈中的一种或几种。
11、优选地，步骤(1)中，所述催化剂为氨水、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、甲胺、乙胺、二甲胺、二乙胺、或三乙胺中的一种或几种。
12、优选地，步骤(1)中，所述扩孔剂采用疏水性扩孔剂，选自均三甲苯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或几种。
13、优选地，步骤(1)中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、苯、甲苯、四氢呋喃、乙醚、氯仿或二氯甲烷中的一种或几种。
14、进一步优选地，所述的惰性气氛为氮气或氩气。
15、本专利技术表面硫化钼修饰的介孔碳球复合材料可用于制备钠离子电池，具体是将表面硫化钼修饰的介孔碳球复合材料作为钠电池正极或钠离子电池负极。
16、本专利技术得到的硫化钼修饰的介孔碳球复合材料同时具有球状的介孔结构和硫化钼修饰的界面结构，合成方法工艺简单、合成条件温和，可控性强，作为钠离子电池负极，同时具有高首周库伦效率、高容量、优异倍率性能和循环稳定性等优点，展现出广阔的市场应用前景。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
18、(1)本专利技术通过对体相结构调控和表面修饰的协同设计，获得高首周库伦效率、高容量、优异倍率特性和循环稳定性的材料；
19、(2)本专利技术结构体相中有序的介孔骨架有效缩短离子传输路径，提升离子传输速率，同时表面硫化钼的修饰，不仅增大了碳层间距，暴露了更多的储钠位点，而且也增强了材料中的电子/电荷转移，促进了电化学储钠过程中材料表面对钠离子的吸/脱附过程，表现出优异的储钠动力学；
20、(3)本专利技术复合电极材料具有高首周库伦效率、高容量、优异的倍率性能以及循环稳定性，包含该材料的可充放钠离子电池具有高能量密度和功率密度的优势，展现出广阔的市场应用前景；
21、(4)本专利技术制备工艺简单、合成条件温和，可控性强，所得材料的粒径、比表面积、介观结构和活性组分含量均可调。
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1.一种硫化钼修饰的介孔碳球复合材料，其特征在于，具有球形的介孔碳骨架，颗粒粒径为340-360nm，介孔孔径为7-10nm，硫化钼呈现2-3层的结构特点，主要修饰于介孔孔道的表面上；硫化钼的质量占比为复合电极材料质量的10％-15％。
2.如权利要求1所述的硫化钼修饰的介孔碳球复合材料的制备方法，其特征在于，以多巴胺为碳源前驱体，F127为表面活性剂，在纳米乳液体系中经由氨水催化组装形成介孔聚合物，然后在含有硫代钼酸盐溶液中通过分子配位作用形成硫代钼酸盐多巴胺前驱体，之后通过一步煅烧法制备得到硫化钼修饰的介孔碳球复合材料；具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钼盐为硫代钼酸铵、硫代钼酸钠的一种或两种；钼盐在有机溶剂/水混合溶液中浓度为0.1mol/L-0.5mol/L。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述惰性气氛为氮气或氩气。
6.如权利要求1所述的硫化钼修饰的介孔碳球复合材料在制备钠离子电池
...【技术特征摘要】
1.一种硫化钼修饰的介孔碳球复合材料，其特征在于，具有球形的介孔碳骨架，颗粒粒径为340-360nm，介孔孔径为7-10nm，硫化钼呈现2-3层的结构特点，主要修饰于介孔孔道的表面上；硫化钼的质量占比为复合电极材料质量的10％-15％。
2.如权利要求1所述的硫化钼修饰的介孔碳球复合材料的制备方法，其特征在于，以多巴胺为碳源前驱体，f127为表面活性剂，在纳米乳液体系中经由氨水催化组装形成介孔聚合物，然后在含有硫代钼酸盐溶液中通过分子配位作用形成硫代钼酸盐多巴胺前驱体，之后通过一步煅烧法制备得到硫化钼修饰的介孔碳球复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，刘依，万延华，刘玉普，赵东元，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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