[发明专利]三明治形中空球形锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开三明治形中空球形锂离子电池负极材料及其制备方法，以还原氧化石墨烯中空球为基体，以氯化钨和硫代乙酰胺为原料，在水热条件下，使得二硫化钨纳米片可以原位垂直原位生长在中空球表面。通过回流的方法为整体电极材料包覆第三层壳。最后本发明通过在热处理过程中进行氮掺杂，制备NG@WS₂@Hs‑rGO类三明治负极材料，以改善现有二硫化钨体积膨胀的缺点。本发明以一种原理简单、条件温和的制备方法，提供了具有优良电化学性能的锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，更加具体地说，特别是涉及一种利用还原氧化石墨烯中空球制备氮掺石墨烯@二硫化钨@还原氧化石墨烯中空球(NG@WS₂@Hs-rGO)的锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，环境污染和能源危机的挑战日益严峻，绿色能源成为世界各国的研发热点。锂离子电池作为一种新型清洁的可充电电源，具有质量轻、污染小、工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优点，在国防、电动车和电子领域展示了广阔的应用前景，被誉为21世纪的理想电源。

现今，越来越多的研究学者将关注点放到二维层状材料上，而第六族过渡金属二硫族化合物(TMDs)是一种具有类石墨烯结构的由单层或几层原子构成的新型层状材料，其基本结构是六边形或者菱形。其中WS₂具有相对较高的理论容量(433毫安时/克)，WS₂的层间距(0.70纳米)比石墨(0.34纳米)和MoS₂(0.65纳米)的大，更有利于剥离成层状结构[WangY,Kong D,Shi W,et al.Advanced Energy Materials,2016,6(21):1601057]。由于WS₂纳米片具有较大的比表面积、自身的固有电导率较高，从而比起其他硫化物更胜于成为锂电负极材料。但其自身也存在一些硫化物普遍存在的弊端，例如：体积膨胀较大、循环稳定性不好、材料本身容易团聚和导电性较差，因而需要更进一步的优化。石墨烯是典型的层状结构材料，因其具有高导电性、高强度、高稳定性等优点，因而多选用石墨烯作为基底，提高电极材料的导电性。但是由于二维材料的比表面积太大，在表面张力的作用下会发生团聚，因而通过硬模板法[Cai D,Ding L,Wang S,et al.Electrochimica Acta,2014,139(26):96-103.]防止石墨烯团聚。通过查阅文献可知，现今石墨烯改善硫化物多为简单的混合水热法[Chen D,Ji G,Ding B,et al.Nanoscale,2013,5(17):7890-7896.]，可以在一定程度上改善二硫化钨的弊端，但是体积膨张现象还是比较明显。再者，通过碳包覆[Xu W,Wang T,WuS,et al.Journal of AlloysCompounds,2016,698(2017):68-76.]制备的空心球结构，不仅可以提高导电性，而且能预留硫化物体积膨胀所需要的空间，但是其成本较高，且电化学性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三明治形中空球形锂离子电池负极材料及其制备方法，采用水热回流法制备NG@WS₂@Hs-rGO负极材料，以改善二硫化钨的电化学性能。本发明是一种工艺简单、成本低廉的改性方法，提供了一种具有优良电化学性能的锂离子电池负极材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

三明治形中空球形锂离子电池负极材料及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将碳酸锰和氧化石墨烯均匀分散在水中并冷冻成冰，进行冷冻干燥后，将产品置于250—300摄氏度的惰性保护气体氛围中进行热处理，以使氧化石墨烯还原并得到还原氧化石墨烯，再将产物置于盐酸中以去除碳酸锰模板球，得到还原氧化石墨烯空心球；

其中在步骤1中，采用超声进行分散，功率为500—800w，时间为3—6小时。