[发明专利]一种介孔二硫化钼/碳复合材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种介孔二硫化钼/碳复合材料的制备方法及其在钠离子电池体系中作为负极活性材料的应用。基于共沉淀和高温固相反应的方法，将钼盐、硫源和碳源同时沉积在SBA‑15表面，经过高温处理并使用氢氟酸溶液除去SBA‑15模板即得到目的产物。该方法是一种制备二硫化钼/碳复合材料的普适方法，具有操作简单，大量制备的特点。制备所得的二硫化钼/碳复合材料保持了原有的SBA‑15的孔道结构，二硫化钼与碳的结构优异地复合在一起，在作为钠离子电池负极材料中展现出了优良的性能和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，具体而言，尤其涉及一种介孔二硫化钼/碳复合材料的制备方法与应用。

背景技术

自1991年日本索尼公司推出首款商用锂离子电池以来，锂电池得到飞速的发展(Journal of Power Sources.100.101(2001))。随着社会的不断发展，人们生活水平的日益提高，人们对锂离子电池的需求也越来越大。尤以近些年来，锂电池从便携电子设备(手机、手表、电脑等)向以电动汽车为代表的大规模储能领域的扩展与发展对锂电池的供应提出了严峻的考验(Ionics.20.1651(2014))。但天然锂资源的匮乏以及全球锂源分布的不均匀性，无法满足未来锂电池大规模发展的需要(Nature Chemistry.2.510(2010))。元素周期表中与锂同一周期的钠具有与锂非常相似的物理化学性质，同时钠在地球上的储量十分丰富并且其分布广泛，两种电池体系在工作原理上也具有高度的相似性(Advanced EnergyMaterials.2.710(2012))。作为锂离子电池最有潜力的二次电池替代体系之一，开发高性能的钠离子电池对于满足未来大规模储能的需要具有重要意义。

电极材料作为钠离子电池的重要组成部分，在决定电池性能方面起着至关重要的作用。电极材料包括正极材料与负极材料。在正极材料方面，钠离子电池体系中的众多正极材料可由锂电池体系衍生而来，这些正极材料往往表现出与锂电池体系中正极材料相似的电化学性能。而在负极材料方面，由于钠的离子半径大于锂的离子半径，许多用于锂电池体系的负极材料并不能直接用于钠电池体系，这严重阻碍钠离子电池体系实现商业化的进程(Journal of Power Sources.243.585(2013))。二硫化钼作为钠离子电池体系中最有前景的负极材料之一，其特有的S-Mo-S二维层状结构以及0.62nm的层间距，保证了其作为钠离子负极材料时在充放电过程中钠离子的有效传输(Nano Energy.20.1(2016))。二硫化钼通过“插层-转化”的机理储钠，具有高达670mAh·g^-1的理论比容量。但二硫化钼的导电性差，在充放电过程中伴随着巨大的体积膨胀效应，导致其作为钠电负极材料时循环寿命短，倍率性能差(Nano Energy.41.66(2017))。一种可行的方案是将二硫化钼与碳材料进行复合来增强材料的性能，相关研究也表明碳的引入的确能增强材料的导电性和稳定性(Advanced Functional Materials.27.1702116(2017))。但这些复合材料的制备往往是以碳骨架作为模板来生长二硫化钼，在容量和循环性能方面仍不能满足实际的需求，原位制备碳和二硫化钼的复合物的方法仍是研究的难点。因此，具有更高容量以及长时间循环稳定性的二硫化钼/碳复合材料仍需要进一步探索。

发明内容

本发明将二硫化钼和碳的前驱体共沉积在SBA-15的表面，经过高温固相反应后，使用氢氟酸溶液除去SBA-15模板得到二硫化钼/碳复合材料，该方法具有操作简单，可大量制备的特点。制备所得的二硫化钼/碳复合材料保持了原有的SBA-15的孔道结构，二硫化钼与碳的结构优异地复合在一起，作为钠离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种二硫化钼/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用共沉淀法将钼盐、硫源和碳源沉积在SBA-15的表面，得前驱体混合物；