[发明专利]用于锂金属负极的三维多孔碳负载片状二硫化钼集流体的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于锂金属负极的三维多孔碳负载片状二硫化钼集流体的制备方法，包括：(1)将钼源、硫源、碳源和盐模板加入去离子水中溶解，配成均一透明的前驱体溶液；(2)冷冻干燥，得到干燥固体粉末，研磨后得到混合粉末前驱体；(3)置于管式炉炉膛内；在惰性气体氛围下，升温至500～750℃，保温一段时间，之后快速降温冷却，得到煅烧产物；(4)进行抽滤，除去NaCl，干燥后制得三维多孔碳负载片状二硫化钼材料；(5)制得三维多孔碳负载片状二硫化钼复合集流体。

技术领域

本发明属于锂金属电池电极材料技术领域，具体涉及一种三维多孔碳负载二硫化钼集流体的制备方法，能有效抑制锂金属沉积脱附过程中锂枝晶的产生，和锂金属无序沉积问题以及进一步产生死锂造成电池容量衰减的问题。

背景技术

随着电动汽车，家用电子产品以及国家电网的快速发展，人们对高能量密度可充电电池的要求越来越高，传统的锂离子电池由于其工作原理、原料和现代科学技术等问题，已不能满足人们的储能需求。在这种背景下，锂金属具有最高的理论比容量(3860mAh g^-1)、最低电化学电位(3.04V vs.标准氢电极)和极低的密度(0.53g cm^-3)等优点，成为最有希望的下一代高能量密度电池负极材料，特别是对锂-硫和锂-氧电池系统来说。然而，一些问题如形成不稳定固态电解质膜导致锂金属和电解液反复消耗，降低电池的库伦效率和使用寿命，不可控锂枝晶生长可能会刺破电池隔膜造成电池短路，巨大的体积膨胀会破坏电池结构等会引发严重的安全和可循环利用问题，阻碍了锂金属负极的实际应用。

引导锂金属的有序沉积，抑制锂枝晶的生长和锂沉积脱附过程中的体积膨胀可以有效提高锂金属负极的库伦效率和循环寿命。近年来，在三维多孔集流体上负载亲锂种子被广泛用于锂金属负极。一方面三维集流体具有高比表面积可以有效降低电极的局部电流密度从而使锂金属沉积更加均匀；另一方面，多孔结构有足够的空间储存锂，抑制锂枝晶的生长。而亲锂种子可以引导锂金属在整个集流体内部均匀沉积。但目前研究都主要是负载颗粒状亲锂材料或者二次负载片状亲锂材料，与基体的结合并不强，在锂金属沉积脱附过程中，可能会从基体脱落甚至团聚，亲锂材料的不均匀分布反而会促进锂金属的不均匀沉积，降低电池的库伦效率和使用寿命。

因此通过一步法制备具有大比表面积的三维多孔碳集流体负载片状二硫化钼亲锂材料可以有效解决该问题。利用片状结构来提高亲锂材料和基体的接触面积来提高结合力，使得电极的结构在长循环中得以保持。亲锂材料促进锂金属的均匀沉积，三维多孔集流体提供大比表面积降低相对电流密度和孔洞来储存锂，最终得到电化学性能优异的锂金属电池负极材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种可有效引导锂金属在集流体内部均匀沉积并抑制锂枝晶产生的三维多孔碳负载二硫化钼集流体用于锂金属电池，可有效提高电池的库伦效率和循环稳定性。技术方案如下：

一种用于锂金属负极的三维多孔碳负载片状二硫化钼集流体的制备方法，包括下列步骤：

(1)以蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、淀粉中的一种或几种混合为碳源，以钼酸铵为钼源，以硫脲为硫源，以硫酸钠、氯化钠、碳酸钠、硅酸钠中的一种或几种混合为模板，以钼源中的钼原子、硫源中的硫原子、碳源中的碳原子的摩尔比为1：(2～10)：(50～500)计，将钼源、硫源、碳源和盐模板加入去离子水中溶解，配成均一透明的前驱体溶液；

(2)将上一步制备的前驱体溶液进行冷冻干燥，得到干燥固体粉末，研磨后得到混合粉末前驱体；

(3)将上一步得到的混合粉末前驱体置于管式炉炉膛内；在惰性气体氛围下，以1～10℃的升温速度升温至500～750℃，保温一段时间，之后快速降温冷却，得到煅烧产物；

(4)使用去离子水将上一步得到的煅烧产物进行抽滤，除去NaCl，干燥后制得三维多孔碳负载片状二硫化钼材料；