[发明专利]一种三维核壳结构MoO2-MoS2锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维核壳结构MoO₂‑MoS₂锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料制备技术领域。本发明首先制备出MoO₂前驱体，然后通过固相原位合成法在MoO₂表面直接生长MoS₂纳米片，制备出具有三维核壳结构的MoO₂‑MoS₂复合材料，原位合成法直接在前驱体表面通过化学反应合成具有核壳结构的复合材料，MoO₂骨架起到结构支撑的作用，避免了片状的MoS₂叠加，提高了材料的循环稳定性和导电性。本发明制备方法简单，过程易控，制备周期短，产物的重复性高，均一性好，有利于规模化生产。经本发明方法制得的MoO₂‑MoS₂表现出优异的导电性、循环稳定性和高的放电比容量，能够作为锂离子电池负极材料广泛使用。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种三维核壳结构MoO₂-MoS₂锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着便携电子器件和电动车行业的迅猛发展和对储能系统要求的不断提高，锂离子电池的研究与应用得到广泛关注。电极材料作为锂离子电池的重要组成部分也日益受到重视。目前已经商业化的锂离子负极材料是石墨电极，虽然具有良好的导电性，但是较低的能量密度和体积密度制约了其在锂离子电池中的进一步应用。

作为锂离子电池负极材料的替代材料，纳米级金属化合物MoS₂，由于具有较高的理论容量(1062mAh g^-1)，而成为近些年的研究热点。MoS₂具有 S-Mo-S夹心层状结构，层内原子通过强共价键结合，层与层之间存在弱范德华力作用。然而，作为锂离子电池的电极材料，MoS₂在锂离子脱嵌过程中晶格参数发生改变，使具有高表面能的MoS₂片层结构发生坍塌堆积，进而影响了S-Mo-S的片层之间电子/离子的导电性，降低了其电化学性能。因此，许多研究人员已转向通过与其他材料(如MoO₂、Ag、Fe₃O₄)复合的方式制备具有一定三维结构的复合材料[Deng Z,Hu Y,Ren D,et al.Reciprocal hybridization ofMoO₂nanoparticles and few-layer MoS₂for stable lithium-ion batteries[J].Chemical Communications,2015,51:13838-13841.],[Pan L,Liu Y,Xie X,et al.Coordination-driven hierarchical assembly of silver nanoparticles on MoS₂nanosheets for improved lithium storage.[J].Chemistry An Asian Journal,2014,9(6):1519–1524.],[Yu C,Bohang S,Xiaosheng T,et al.Ultrasmall Fe₃O₄nanoparticle/MoS₂nanosheet composites with superior performances for lithiumion batteries.[J].Small,2014,10(8):1536-1543.]，提高电极材料的机械强度，抑制剥离的MoS₂片层聚集，提高材料的循环稳定性和导电性。

目前，制备三维复合材料的方法主要有溶剂热法及水热法。以上方法存在明显缺陷，反应过程通常需要加入有机溶剂和高温高压的条件，反应过程具有一定的危险性，过程不易控制，容易造成环境污染，能耗较高，且产物的重复性和均一性较差，不利于大规模生产。

发明内容