[发明专利]锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂电池能量密度大、电压高、重量轻、无公害、无记忆效应等特点，而且克服了锂电池安全性能差的缺点，被广泛用于便携电器(移动手机、数码相机、笔记本电脑摄录机、CD机等)、能源储备(风能、水能、潮汐能、太阳能等)、大型动力设备(电动车、混合动力汽车等)、以及电网调峰等诸多领域。由于国家对动力电池企业的政策扶持，因此，锂离子电池在电动汽车或混合式电动汽车这个领域的需求已呈爆炸式增长。

然而，目前商业化电池所采用的最普遍负极材料为石墨，石墨的较小理论比容量(372mAhg^-1)却限制了锂离子电池在电动汽车领域的进一步应用，因此，开发具有高容量的新型电极材料成为研究的重点。

在众多可替代材料中，与石墨具有类似层状结构的二硫化钼因其高理论容量(可高达670mAhg^-1)引起了人们的极大兴趣。然而，二硫化钼在用作锂离子电池负极材料时，其电化学性能如循环稳定性欠佳，主要原因是其差的电子/离子导电性以及锂离子反复嵌入脱出造成的体积膨胀。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种简单易操作，且可用于大批量生产的锂离子电池负极材料的制备方法及制得的负极材料，使用该负极材料的锂离子电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，负极材料为三维孔状二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料，该制备方法包括以下步骤：

S1、制备二硫化钼纳米片；

S2、制备含二硫化钼纳米片和氧化石墨烯片的混合液；

S3、将所述混合液在高温下反应，获得三维状固体物；

S4、将获得的三维状固体物进行冷冻干燥，获得三维孔状二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料。

优选地，步骤S1包括以下步骤：

S1.1、将二硫化钼粉末加入氮甲基吡咯烷酮溶液中，冰水浴下超声，得到浓度0.1-0.2g/ml的二硫化钼分散液；

S1.2、将二硫化钼分散液高速离心，取上清液进行过滤，烘干，获得二硫化钼纳米片。

优选地，步骤S1.2中，高速离心后，将上清液以PVDF膜为垫膜，抽滤，剥离好的二硫化钼纳米片沉积在PVDF膜上。

优选地，步骤S2包括以下步骤：

S2.1、将二硫化钼纳米片分散于二甲基甲酰胺溶液中，冰水浴下超声，获得浓度为2-8g/ml的二硫化钼纳米片分散液；

S2.2、将氧化石墨烯片分散于二甲基甲酰胺溶液中，冰水浴下超声，获得浓度为2-8g/ml的氧化石墨烯片分散液；

S2.3、将二硫化钼纳米片分散液和氧化石墨烯片分散液混合，冰水浴下超声，获得含二硫化钼纳米片和氧化石墨烯片的混合液。

优选地，步骤S2中，将二硫化钼纳米片、氧化石墨烯片分散于二甲基甲酰胺溶液中，冰水浴下超声，获得含二硫化钼纳米片和氧化石墨烯片的混合液。

优选地，步骤S2获得的混合液中，二硫化钼纳米片分散液和氧化石墨烯片的质量比为1:1-5:1。

优选地，步骤S3中，将所述混合液转移到不锈钢反应釜中，200-300℃恒温下反应6-16h；反应结束后，自然冷却，获得三维状固体物。

优选地，步骤S4中，所述三维状固体物进行冷冻干燥前，用去离子水清洗。

本发明还提供一种锂离子电池负极材料，负极材料为三维孔状二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料，采用上述任一项所述的制备方法制得。

本发明还提供一种锂离子电池，包括负极片，所述负极片采用上述的负极材料制成。

本发明的有益效果：通过共组装方法制备三维孔状二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料，简单易操作，可用于大批量生产。该复合材料具有三维多孔结构，用作锂离子电池负极材料具有容量高、循环稳定性好、倍率性能优异等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的负极材料的制备方法流程图；

图2是本发明中二硫化钼和二硫化钼纳米片的TEM图；

图3是本发明中制得的二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料的SEM图；

图4是本发明一实施例制得的复合材料和二硫化钼纳米片的XRD图；

图5是本发明一实施例制得的复合材料的XPS谱图；

图6是本发明一实施例制得的复合材料的充放电曲线图；