[发明专利]一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域，以四硫代钼酸铵和空心碳球为原料，通过水热法制得MoS₂纳米片均匀包覆在空心碳球表面的空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，其空心结构即有利于活性物质硫的储存以及缓解硫在电化学循环过程中产生的体积膨胀，还为反应提供场所；另外还可吸附电化学过程中产生的多硫化物，以减少活性物质的损失。将空心碳球/二硫化钼双极性材料均匀涂覆于玻璃纤维上形成复合隔膜；将活性物质硫注入空心碳球/二硫化钼双极性材料的空心结构中得到的复合材料，可作为室温钠硫电池的正极材料将其应用在室温钠硫电池中，可获得良好的倍率性能和稳定的循环性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

可充电电池是电动汽车和电网储能的基本动力技术，该技术的推广应用，不仅可以减少化石燃料使用对环境造成的污染，而且可以避免风能、太阳能等绿色能源的间歇性，为人类社会的生活和发展提供便利。因此，迫切需要探索和寻找一种能够补充现有高能量密度、长循环寿命锂离子电池(LIBs)的储能系统。近年来，室温钠硫电池因其比容量高(1675mA hg^-1)、能量密度高(2500W h kg^-1)、地壳中钠和硫含量丰富而受到广泛关注。这些优点使得室温钠硫电池在大型电网设备和快速发展的电动汽车中具有广阔的应用前景。

目前，对于室温钠硫电池的正极材料的报道集中在碳材料，包括碳纳米纤维、碳布和碳纳米管等，这些碳材料具有良好的导电性，在室温钠硫电池中能够提高硫的导电性。但是由于充放电过程中的中间产物多硫化钠(Na₂S_n,4≤n≤8)会溶解于电解液中，并且随着电解液转移到钠负极，钠负极电极表面恶化，电池的循环寿命显著降低，这一现象称为“穿梭效应”。因为多硫化物具有极性，为了有效抑制多硫化物穿梭进入负极，具有极性的正极材料被提出应用于室温钠硫电池。例如，TiO₂等极性金属氧化物或者金属硫化物用来作为活性物质硫的载体，该类材料应用于室温钠硫电池中通常能够得到较高的初始容量，但是电池容量会随着循环圈数的增加迅速降低。

因此，寻找一种能够有效的将多硫化物限制在正极-隔膜部分的材料，成为获得稳定容量的室温钠硫电池的关键因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料；目的之二在于提供一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料的制备方法；目的之三在于提供一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料在储能方面的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种空心碳球/二硫化钼双极性复合材料，所述复合物材料为二硫化钼包覆在空心碳球表面形成的双极性复合材料。

优选的，所述二硫化钼为二硫化钼纳米片。

优选的，所述空心碳球的制备方法如下：

(1)制备二氧化硅模板球：将水和N，N-二甲基甲酰胺按照1～2:1的体积比混合，然后在超声条件下依次加入15～20mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵溶液(CTAB)和6～8mg/mL的氢氧化钠(NaOH)溶液，搅拌均匀后再加入硅酸四乙酯(TEOs)的甲醇溶液，搅拌均匀后抽滤，取固相洗涤、干燥后得二氧化硅模板球；

(2)将步骤(1)中所述二氧化硅模板球均匀分散于5-10mM的三羟甲基氨基甲烷溶液中，继续加入盐酸多巴胺后搅拌均匀形成混合分散液，所述二氧化硅模板与所述盐酸多巴胺的质量比为1:3～2:1；

(3)将步骤(2)中的混合分散液抽滤得到固体样品，在还原气氛下进行热处理，得到SiO₂@C球；