[发明专利]聚磷腈为碳源的二硫化钼复合碳复合电极材料的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种聚磷腈为碳源的二硫化钼复合碳复合电极材料的制备方法。

(二)背景技术

近几年来，对于锂离子电池电极材料的研究，主要集中在提高充放电效率，提高电池使用寿命和提高材料的比表面积等方面。现今的研究，主要是在碳材料的表面改性，包括表面附着纳米相、表面形成纳米微孔以及其它一些纳米技术的应用。研究的成果颇多，也展示了锂离子电池的发展前景十分可观。

二硫化钼(MoS₂)用作锂离子电池负极材料的理论容量很大，是一种极具前景的电极材料选择；功能性聚磷腈微纳米材料具有模板诱导自组装、碳化介孔材料前躯体、分子结构可设计性等特性，是一种极具前景的多孔碳材料的碳源。

迄今为止，也有利用水热法合成的MoS₂纳米片制成电极的报道 [《Materials Research Bulletin》,2009,44(9):1811-1815]，比电容可达748m Ah/g。但是该电极依旧存在锂离子嵌脱过程引发MoS₂体积的变化的问题，导致其实际电化学性能并不是稳定。多孔碳材料木质素微纳米材料是一种良好且具有实际使用价值的电极材料，具有良好的结构稳定性，将其与 MoS₂复合有望兼有两者优点。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种结构稳定的MoS₂@C复合材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种聚磷腈为碳源的MoS₂@C复合电极材料的制备方法，所述方法包括：

(1)将六氯环三磷腈(HCCP)和4,4'-二羟基二苯砜(BPS)加入到事先经超声分散的二硫化钼乙腈溶液中，再超声分散；

(2)步骤(1)分散液边超声边缓慢加入三乙胺(TEA)，继续超声分散3～5小时后，离心并用乙醇和去离子水洗3次，得产物粉末；

(3)步骤(2)产物粉末60～80℃真空烘干24～36小时，得干燥MoS₂@ 聚磷腈-砜(PZS)纳米微球粉末；

(4)将步骤(3)得到的干燥MoS₂@聚磷腈-砜纳米微球粉末置于N₂气氛中经管式炉煅烧，得到MoS₂@C复合电极材料。

进一步，所述六氯环三磷腈、4,4'-二羟基二苯砜、二硫化钼质量用量之比为：340～350：580～600：50～250，优选为345:595:64。

再进一步，所述步骤(4)中煅烧工艺为：以5℃/min的速度升温到 300℃，再以2℃/min的速度升温至500℃，保温1h后，以5℃/min升温至900℃，经1h保温后以6℃/min的速度降温至300℃，然后随炉冷却至 100℃后取出。

所述步骤(2)离心设置优选为6000r/min，5min/次。

所述步骤(1)中所述的二硫化钼优选为片层结构。

所述步骤(1)中所述二硫化钼乙腈溶液浓度优选为0.1～0.5g/L。

所述步骤(2)中三乙胺的滴加速度优选为15mL/h。

所述步骤(2)中超声功率优选为300～500W。

本发明中，所述的六氯环三磷腈(HCCP)和4,4'-二羟基二苯砜(BPS)，在超声作用下通过一步沉淀缩聚法包覆分散的二硫化钼(MoS₂)，得到包覆有MoS₂的聚磷腈-砜(PZS)纳米微球。

本发明提供的MoS₂@C复合材料具有核壳型结构，比表面积较高，避免了二硫化钼体积变化。

本发明提供了所述MoS₂@C复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，结果表明，其具有良好的循环和大电流充放电稳定性，高比电容等特点。

本发明的有益效果主要体现在：

1、MoS₂成功地包覆了PZS微球，为核壳结构，比表面积大，为5.5m²/g 左右。这种聚磷腈复合硫材料可以结合聚磷腈和MoS₂两者优秀的电化学性能。

2、PZS复合微球经高温碳化得到的碳材料仍保持球状，直径为550nm 左右，颗粒均匀，且因为PZS中小分子的升华逸出而成多孔型，孔径为0～100nm，这些孔道可实现MoS₂与电解液中的锂离子接触，并进一步提高材料与电解液的接触面积。