[发明专利]二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料及其制备和在锂离子电池中的应用。所述材料中，MoO₂纳米颗粒和碳组装成纳米空心球，在空心球表面均匀生长MoO₂纳米颗粒和碳组装的锯齿状突起，锯齿状突起间存在明显空隙。制备方法：首先通过乙酰丙酮钼和丙三醇的聚合形成钼甘油球前驱体，然后通过磷酸氢二铵的水热反应，使钼甘油球分解形成纳米空心球前驱体，最后煅烧获得最终产物。本发明可提高MoO₂的电化学活性、结构稳定性和循环稳定性，使MoO₂具有高的比容量和稳定的循环性能。MoO₂纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球作为锂离子电池负极材料具有显著的应用价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料及其制备和应用。

背景技术

锂离子电池作为清洁能源的代表之一，已广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车等领域，对缓解能源短缺、减轻环境污染具有重要意义。目前商品锂离子电池使用的石墨负极材料理论容量低(372mAh g^-1)，安全性差，难以满足日益增长的高性能要求，已成为制约锂离子电池性能提升的短板之一。

过渡金属氧化物具有高的能量密度，长期以来被看作是替代石墨的理想负极材料，其中，二氧化钼的理论容量高达838mAh g^-1，并具有8.8×10^-5Ω·cm的低电阻率，是一种优秀的锂离子电池负极材料候选者，已经被较多的进行了研究(如公开号为CN111554893A的专利说明书等)。

然而，二氧化钼在充放电循环中会发生较大的体积变化，导致其容量快速衰减，因此循环性能较差，这限制了二氧化钼在锂离子电池中的实际应用。

发明内容

针对上述技术问题和本领域存在的不足之处，本发明提供了一种二氧化钼(MoO₂)纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料。

一种二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料，所述二氧化钼纳米颗粒和碳组装成纳米空心球，所述纳米空心球表面均匀生长二氧化钼纳米颗粒和碳组装的锯齿状突起，所述锯齿状突起间存在空隙；

所述碳为非晶态碳。

优选地，所述锯齿状纳米空心球的外径100-600nm，壳厚10-100nm；

所述二氧化钼纳米颗粒的粒径为5-40nm；

所述碳在二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料中的质量占比为5％-95％，其余为二氧化钼。

本发明还提供了所述的二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料的制备方法，包括步骤：

(1)将乙酰丙酮钼超声溶解于异丙醇和去离子水的混合溶液中，再加入丙三醇，继续搅拌30min，将所得溶液转移至溶剂热反应釜内，加热至160-200℃，保温5h，自然冷却至室温，离心分离产物，用无水乙醇洗涤，烘干，得到钼甘油球；

(2)将所述钼甘油球超声分散于无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后加入磷酸氢二铵(NH₄)₂HPO₄，继续搅拌30min，将所得溶液转移至溶剂热反应釜内，加热至160-200℃，保温6h，自然冷却至室温，离心分离产物，用无水乙醇洗涤，烘干，将所得烘干产物置于管氏炉内，通入氩气，加热到500-700℃，保温2h，自然冷却至室温，得到所述二氧化钼纳米颗粒/碳组装锯齿状纳米空心球材料。

本发明制备方法：首先通过乙酰丙酮钼和丙三醇的聚合形成钼甘油球前驱体，然后通过磷酸氢二铵的水热反应，使钼甘油球分解形成纳米空心球前驱体，最后煅烧获得最终产物。