一種木質素為碳源的MoS2@C復合電極材料的制備方法與流程

(一)技術領域

本發明涉及一種木質素為碳源的mos2@c復合電極材料的制備方法。

(二)

背景技術：

近幾年來，對于鋰離子電池負極材料的研究，主要集中在提高充放電效率，提高電池使用壽命和提高材料的比表面積等方面。現今的研究，主要是在碳材料的表面改性和負極材料表面附著納米相、表面形成納米微孔以及其它一些納米技術的應用。該方向的研究的成果頗多，也展示了鋰離子電池的發展前景十分可觀。

二硫化鉬(mos2)用作鋰離子電池負極材料的理論容量很大，是一種極具前景的電極材料選擇；木質素是一種廣泛存在于植物體中的無定形的、分子結構中含有氧代苯丙醇或其衍生物結構單元的芳香性高聚物，其同時含有多種活性官能團，如羥基、羰基、羧基、甲基及側鏈結構，是一種極具前景的多孔碳材料的碳源。

迄今為止，也有利用水熱法合成的mos2納米片制成電極的報道[《materialsresearchbulletin》,2009,44(9):1811-1815]，比電容可達748mah/g。但是該電極依舊存在鋰離子嵌脫過程引發mos2體積的變化的問題，導致其實際電化學性能并不是穩定。多孔碳材料木質素微納米材料是一種良好且具有實際使用價值的電極材料，具有良好的結構穩定性，將其與mos2復合有望兼有兩者優點。

(三)

技術實現要素：

本發明目的是提供一種結構穩定，比表面積大，以木質素為碳源的mos2@c復合材料的制備方法。

本發明采用的技術方案是：

一種木質素為碳源的mos2@c復合電極材料的制備方法，所述方法包括：

(1)將木質素磺酸鈉溶于去離子水中，超聲溶解；

(2)取異丙醇置于超聲水浴中，將步驟(1)得到的溶液借助自動進樣機以10～20ml/h的速度注入異丙醇中，得到木質素微球的懸浮液；

(3)稱取硫脲和鉬酸鈉置于步驟(2)得到的懸浮液中，將混合液置于高壓反應釜中，將反應釜放在高溫烘箱中，180～220℃反應8～10h，冷卻后，將反應物離心洗滌得到長有二硫化鉬的木質素微球粉末，真空烘干，得到干燥mos2@木質素納米微球粉末；

(4)將步驟(3)得到的干燥mos2@木質素納米微球粉末置于n2氣氛中經管式爐煅燒，得到mos2@c復合電極材料。

木質素磺酸鈉、硫脲和鉬酸鈉質量用量之比為：500～1000：150～160：230～250，優選為500：151：237。

步驟(4)中煅燒工藝優選為：以5℃/min的速度升溫到300℃，再以2℃/min的速度升溫至500℃，保溫1h后，以5℃/min升溫至900℃，經1h保溫后以6℃/min的速度降溫至300℃，然后隨爐冷卻至100℃后取出。

步驟(3)離心設置為6000r/min，5min/次。

步驟(2)高溫烘箱反應溫度為180℃。

本發明中，所述的木質素磺酸鈉水溶液，在超聲作用下分散在異丙醇中，形成穩定的納米微粒。經水熱反應在木質素納米微粒表面長二硫化鉬，得到mos2@木質素納米微球粉末。

本發明提供的以木質素為碳源的mos2@c復合材料具有核殼型結構，該二硫化鉬改性多孔微球碳材料的比表面積較高，避免了二硫化鉬充放電過程的體積變化。

本發明提供了所述以木質素為碳源的mos2@c復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用，結果表明，其具有良好的循環和大電流充放電穩定性，高比電容等特點。

本發明的有益效果主要體現在：

1、mos2成功地包覆了木質素微球，為核殼結構，比表面積大，為14.93m²/g左右。

2、選擇異丙醇為溶劑，木質素形成良好球形模板。木質素微球經高溫碳化得到的碳材料仍保持球狀，直徑為1μm左右，顆粒均勻，且因為木質素中小分子的升華逸出而成多孔型，孔徑為100～160nm，這些孔道可實現mos2與電解液中的鋰離子接觸，并進一步提高材料與電解液的接觸面積。

3、mos2@c復合材料具有較高的比電容(748mah/g左右)，且在多次循環下仍有良好的保留性(91.3％)，顯示出良好且循環穩定的電化學性能。

(四)附圖說明

圖1是實施例1制備的mos2@c復合材料的sem圖；

圖2是實施例1制備的mos2@c復合材料的氮氣的脫附吸附圖和孔徑大小分布圖；

圖3是采用本發明制備的不同實施例的mos2@c復合材料電極材料的循環伏安圖，圖中線條從上往下分別對應0.1～0.005v；a～d分別依次對應實施例1～4制備的mos2@c復合材料電極材料。

圖4是采用本發明制備的mos2@c復合材料電極材料的恒流充放電圖和比電容圖；其中a和c為實施例1的恒流充放電圖和比電容圖，b和d為實施例3的恒流充放電圖和比電容圖。

(五)具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此：

實施例1：

將0.5g木質素磺酸鈉溶于20ml去離子水中，超聲溶解。取40ml異丙醇置于150w超聲水浴中，將木質素磺酸鈉水溶液用30ml針筒，借助自動進樣機以20ml/h的速度注入異丙醇中。得到木質素微球的懸浮液。稱取0.151g硫脲和0.237g鉬酸鈉置于懸浮液中，將混合液置于高壓反應釜中。將反應釜放在180℃高溫烘箱中，反應8h。冷卻后，將反應物離心洗滌得到長有二硫化鉬的木質素微球粉末。將產物粉末在真空烘箱中60℃烘干24小時，得到干燥產物mos2@木質素納米微球粉末。將干燥mos2@木質素納米微球粉末置于n2氣氛中經管式爐煅燒(以5℃/min的速度升溫到300℃，再以2℃/min的速度升溫至500℃，保溫1h后，以5℃/min升溫至900℃，經1h保溫后以6℃/min的速度降溫至300℃，然后隨爐冷卻至100℃后取出)，得到mos2@c復合材料。其sem圖參見圖1，氮氣的脫附吸附圖和孔徑大小分布圖參見圖2，由圖可見，木質素微球經高溫碳化得到的碳材料仍保持球狀，直徑為1μm左右，其表面可見明顯的二硫化鉬納米褶皺片層，說明二硫化鉬片層結構較好地包覆了基體。

實施例2：

其他與實施例1相同，不同之處在于反應溫度為200℃。所得mos2@c復合材料微粒分散性較好，其顆粒直徑為1μm左右。但是二硫化鉬包覆情況一般。

實施例3：

其他與實施例2相同，不同之處在于木質素磺酸鈉的用量為1g。所得mos2@c復合材料微粒直徑為1μm左右。二硫化鉬也較好地實現了包覆，圖4中b和d為實施例3的恒流充放電圖和比電容圖。由圖可見，實施例3的比容量保留率不高，隨著充放電次數的增加，其比容量衰減快。

實施例4：

其他與實施例1相同，不同之處在于反應溫度為220℃。所得mos2@c復合材料微粒分散性較好，直徑為1μm左右。其二硫化鉬包覆量增多，但是電學性能與包覆量不成正比。

實施例5：應用實施例1

將制得的mos2@c復合材料與導電劑(乙炔黑)、聚四氟乙烯ptfe(粘結劑)按8：1：1的比例混合，均勻地涂在準確稱量的泡沫鎳上，制成工作電極，以ag/agcl電極作參比電極，鉑片用作輔助電極和氫氧化鉀溶液為電解液構成三電極體系，用來測試電化學性能。

不同實施例的mos2@c復合材料電極材料的循環伏安圖參見圖3，mos2@c復合材料電極材料的恒流充放電圖和比電容圖參見圖4。由圖可見，隨著掃描速度的不斷增加，材料比電容慢慢衰減，綜合比較各個實施例可以發現實施例1的電性能最好，其具有較高的比電容(748mah/g左右)，且在多次循環下(50次)仍有良好的保留性(91.3％)。顯示出良好且循環穩定的電化學性能。