[发明专利]一种二硫化钼/二氧化钛/石墨烯复合材料

说明书

本发明提供了一种高比容量、高稳定性的二硫化钼/二氧化钛/石墨烯复合材料，通过静电纺丝法以及后续微波辅助处理，实现在石墨烯/二氧化钛复合材料上原位生成MoS₂纳米片，合成过程中石墨烯分散均匀，不易团聚，具有良好可控性。石墨烯有效防止了TiO₂在充放电过程中因体积膨胀造成电极损坏，复合材料中分散均匀、具有高比容量的二硫化钼显著提升了二氧化钛/石墨烯复合材料的储锂性能。材料稳定性好，在空气中不易变性，容易存放。作为锂离子电池负极材料，表现出高比容量和优异的循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及一种掺杂材料，尤其涉及一种二硫化钼/二氧化钛/石墨烯复合材料，属于电极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池由于其高能量密度，高工作电压以及较长的使用寿命被广泛应用于手机，电动汽车等现代电能存储体系。负极材料的电化学性质直接影响了锂离子电池的整体性能。石墨由于具有高库伦效率，良好的循环稳定性，自然界储量丰富等优点被广泛应用于锂离子电池负极材料。然而其较低的比容量（372mAh g^-1）和较差的倍率性能无法满足未来便携设备和电动汽车的需求，因此，迫切需求开发新型高性能的锂电池负极材料。

过渡金属硫化物及氧化物TiO₂,MoS₂,WS_2,SnO_X,CoO等具有较大的理论比容量。但这类负极材料在和锂发生合金化/去合金化过程中，金属基体无论是结构上还是体积上都可能发生较大的变化，同时，与体积变化相关的机械压力可造成其机械稳定性迅速衰减，使电极产生裂缝和脆性，从而导致离子间失去电接触，并最终导致其循环性能快速下降。因此，高容量的锂合金及金属氧化物负极材料仍然难以得到实际应用。综上，氧化物材料的使用一定程度上可提高材料的储锂比容量;而相对氧化物负极材料，石墨烯材料独特的结构、优良的导电性及重量轻等优点，使其可以作为良好的载体，从而缓解金属氧化物负极在储锂过程中的大体积膨胀，并增强金属氧化物负极的循环可逆储锂能力。因此，如果把循环性能良好的石墨碳烯材料与比容量大的过渡金属材料制备成分散良好的的纳米复合材料，发挥各自的优势，有望显著提高材料的储锂性能，对于拓展其应用具有深远的意义。

目前，有少数研究提供了石墨烯与高比容量材料复合的制备方法，但是方法往往过程复杂，并且很难将石墨烯与活性组分分散均匀，合成过程中会造成石墨烯材料的聚集、团聚，进而影响了复合材料的电化学性能。

CN104056609 A提供了一种二氧化钛/氧化石墨烯复合物的制备方法，将TiO₂粉末分散在水中，但由于TiO₂不溶于水，必然导致前驱体液分散不均匀，在后续的静电纺丝过程中导致所制备的TiO₂/GO复合材料均一性差，无法使GO良好的分散，从而形成团聚进而影响复合材料的性能。

CN 107673307 A提供了一种锗/石墨烯/二氧化钛纳米纤维复合材料制备方法。但材料的制备过程复杂，耗时。先使用了静电纺丝合成石墨基复合材料，后续要使用过程繁琐，成本较高的原子沉积技术，未能实现一步原位合成纳米复合材料，后续长时间高温煅烧过程易造成石墨烯材料的聚集以及金属团聚，进而影响纳米复合材料的性能。

发明内容

为解决现有技术中活性金属组分与石墨烯复合材料制备过程复杂，复合材料易团聚等问题，本发明提供了一种高比容量、高稳定性的二硫化钼/二氧化钛/石墨烯复合材料，其在石墨烯上原位合成TiO₂及二硫化钼，合成过程中石墨烯分散均匀，不易团聚，具有良好可控性，复合材料中石墨烯、二硫化钼及TiO₂分散均匀，无明显团聚现象。

本发明采用以下技术方案实现上述技术目的：

本发明第一方面的技术目的是提供一种二硫化钼/二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：