[发明专利]负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球及其制备方法，包括以下步骤：（1）将碳纳米管导电浆料分散到纯水中，获得碳纳米管分散液；（2）将七钼酸铵分散到碳纳米管分散液中；（3）将步骤（2）得到的分散液喷雾干燥，得到黑色粉末；（4）将黑色粉末于惰性气氛下热处理，得到负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球。本发明利用喷雾干燥技术制备了钼复合碳纳米管前驱体，随后通过简单的热处理即可制得原位负载二氧化钼纳米点的碳纳米管微球，可用作锂硫电池正极硫载体，用于制备锂硫电池正极。

技术领域

本发明涉及能源和新材料技术领域，尤其涉及一种负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球及其制备方法和应用。

背景技术

随着移动电子产品和电动汽车的快速发展，锂硫电池以其非常高的能量密度(2600 Wh kg^-1)被认为是最有潜力的新一代储能器件之一。然而，由于受到各种问题的阻碍，锂硫电池至今仍未大规模商业化应用。

首先，硫的绝缘性和放电产物Li₂S₂/Li₂S的差的导电性，严重限制了硫的负载量和利用率，导致实际容量远低于理论值，且倍率性能差。此外，在充放电过程中活性物质存在着巨大的体积变化，可能造成电极材料结构的坍塌，造成容量损失。放电中间产物多硫化锂（LiPSs）在电解液中的溶解和穿梭效应会导致正极活性物质损失，同时造成锂金属负极的腐蚀，降低库仑效率，导致严重的自放电行为。

为了解决上述技术问题，研究人员采用多种策略来抑制穿梭效应，提高活性材料的利用率，如引入碳纳米管、多孔碳、石墨烯、碳纤维等，可有效提高电极的导电性并通过物理吸附限制LiPSs。然而，非极性碳材料在限制极性LiPSs的穿梭方面效率较低，在多次循环后依然存在严重的穿梭效应。

为了改善电极材料对LiPSs的吸附能力，已经有多种极性化合物被用作硫载体材料，如二氧化钼、二氧化钛、二硫化钼、二氧化锰等。其中，二氧化钼具有较高的电导率、良好的稳定性、合适的极性以及较低的成本而受到广泛关注。此外，由非极性碳材基体结合过渡金属化合物组成的载体材料由于其同时具有高导电性和强极性所展现出的协同效应更有利于锂硫电池容量的发挥。然而，值得注意的是上述材料的合成方法非常复杂，如水热反应虽然可以制备纳米化合物，但是其难以适用于规模化生产。直接高温退火方法简单，但非常容易造成严重的团聚现象。

例如，公开号为CN108550813A的中国专利文献公开了一种锂硫电池正极材料及制备方法、锂硫电池，属于锂电池技术领域。其中所述制备方法为首先将二氧化钼前驱体溶液与介孔碳混合形成介孔碳/二氧化钼前驱体混合物，然后将前驱体混合物置于管式炉中，在Ar-H₂混合气体的氛围下煅烧处理形成介孔碳/二氧化钼复合材料，再与单质硫混合，热处理得到介孔碳/二氧化钼/硫复合材料。

因此，从产物的均一性和规模化生产角度考虑，仍需探索一种简单高效的电极材料制备方法。

现有的技术普遍都需要用复杂的工艺先合成前驱体，有些方法还需要非常高的温度以及多达数小时至数天的反应时间，所制备的材料团聚严重，活性材料的利用率很低。制备时间过长更是不利于大规模工业化生产。

发明内容

本发明提供了一种负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球及其制备方法，本发明的制备方法具有工艺简单、成本低廉、产量高、产物高度均一、危险性小且绿色环保、重复性好、可大规模制备等特点。

本发明的技术方案如下：

一种负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纳米管导电浆料分散到纯水中，获得碳纳米管分散液；

（2）将七钼酸铵分散到碳纳米管分散液中；

（3）将步骤（2）得到的分散液喷雾干燥，得到黑色粉末；

（4）将黑色粉末于惰性气氛下热处理，得到负载二氧化钼纳米点的碳纳米管导电微球。