[发明专利]一种三维纳米钼基锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维纳米钼基锂离子电池负极材料及其制备方法，用原位合成的方法在三氧化钼纳米带表面原位合成三维二硫化钼纳米掩膜，并通过盐酸刻蚀纳米掩膜内的氧化钼结构，获得二硫化钼纳米管与氧化钼的镂空结构。由于具有较高的比表面积和良好的结构稳定性，最终得到的材料经过锂离子电池性能测试，在100 mAh/g的充放电电流密度下，在250个循环之后，其比容量保持在1150 mAh/g左右。与类似材料相比，不仅表现出更高的储能容量性能，而且储能容量的衰减程度也更小。

技术领域

本发明涉及一种三维纳米钼基锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池储能技术领域。

背景技术

锂离子电池因具有高能量密度，长寿命和高效率等优势在储能系统中被广泛使用。目前最常见的负极材料是石墨，但是由于结构不稳定，充放电过程中锂离子对石墨结构造成破坏，从而导致容量损失，而且石墨仅有372 mAh/g的理论比容量。由于以上问题，导致目前锂离子电池的储能容量难以进一步提升。二硫化钼是一种在储能应用方面极有前途的材料，由于其独特的层状结构而具有良好储能特性，而且其具有宽阔的晶面间距，因此具有较高的锂离子容量，对于提高现有锂离子电池的储能性能具有重要的研究意义和应用价值。

目前制备钼基锂离子电池负极材料的常用技术实现方案如下：

1)高温煅烧法：专利CN 105280887A中，通过高温煅烧钼酸盐，制备二硫化钼纳米片作为锂离子电池的负极材料。在100 mA/g的充放电电流密度下，比容量在50次循环后还能保持在250 mAh/g以上。

2)水热法：通过水热法制备纳米花状二硫化钼作为锂离子电池的负极材料，在100mA/g的充放电电流下，在充放电50个循环后显示出814.2 mAh/g的放电容量。（Lu YT, YaoXY, Yin JY, et al. MoS2 nanoflowers consisting of nanosheets with acontrollable interlayer distance as high-performance lithium ion batteryanodes[J]. Rsc Advances, 2015, 5(11): 7938-7943.）

3) 阴离子交换法：通过阴离子交换反应，制备二硫化钼纳米片的垂直生长构建的分层核壳结构材料。以此作为锂离子电池的负极材料，在100mA/g的充放电电流密度下，比容量在100次循环后能保持在781mAh/g。（Liu H, Chen XJ, Deng L, et al.Perpendicular growth of few-layered MoS2 nanosheets on MoO3 nanowiresfabricated by direct anion exchange reactions for high-performance lithium-ion batteries[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4(45): 17764-17772.）

目前使用常用的制备方法得到的钼基电池材料由于结构原因，导致比表面积偏低，无法暴露出足够的电化学活性位点，因此在作为锂离子电池负极材料时没有足够良好的比容量性能；而且由于结构的稳定性不够高，在电池的充放电过程中电极材料易被破坏而出现严重的容量衰减。

发明内容

本发明旨在解决上述电池储能比容量偏低和充放电循环稳定性不佳的问题，提供一种三维纳米钼基锂离子电池负极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种三维纳米钼基锂离子电池负极材料的制备方法，用原位合成的方法在三氧化钼纳米带表面原位合成三维二硫化钼纳米掩膜，并通过盐酸刻蚀纳米掩膜内的氧化钼结构，获得二硫化钼纳米管与氧化钼的镂空结构。

优选地，所述三维二硫化钼纳米掩膜的制备方法，包括：

将三氧化钼纳米带置于石英管内，并将升华硫置于石英管的入口，用氩气通过石英管排出内部空气后再通入氢气，并加热至300~400℃；