一种碳包覆二氧化钼介孔材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池复合负极材料技术领域，具体说是一种碳包覆二氧化钼介孔材料及其制备方法和应用，所述碳包覆二氧化钼介孔材料采用三氧化钼纳米带与油酸为原料，在惰性气氛下退火使油酸热解生成碳及还原性气体的同时与三氧化钼进行反应得到。本发明专利技术顺利解决了如何获得碳包覆二氧化钼的介孔结构的技术难题，而且制备工艺简单易操作，原料便宜，制造成本低，易于规模化生产，制得的材料具有结构稳定性好、导电性高等特点，作为锂离子电池负极具有循环稳定性好、倍率容量高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆二氧化钼介孔材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电化学
，特别涉及锂离子电池复合负极材料
，具体说是一种碳包覆二氧化钼介孔材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着汽车科技和新能源领域的快速发展，社会对动力电池和储能电池的需求越来越大。相对其他二次电池(铅酸电池、镍氢电池)，锂离子电池由于较高的能量密度和功率密度在动力电池和储能领域极具优势。因此，锂离子电池成为研究和开发热点。目前，锂离子电池应用的负极材料主要是碳材料(石墨)，其理论容量仅为372mAh/g，且压实密度低(1.5-1.7g/cm3)，大大限制了锂离子电池能量密度的进一步提升，因此发展高容量负极替代石墨对于提高电池容量具有重要意义。二氧化钼作为电极具有高容量(838mAh/g)、高压实密度(6.5g/cm3)而被广泛研究。然而，现有的二氧化钼作为电极存在如下缺点：充放电循环过程中较大的体积变化、离子电子导电性差，制约其电性能的发挥。针对上述问题，科学家通过对材料的纳米结构设计和包覆来解决，比如专利号为CN102623687A，专利名称为“一种高容量二氧化钼负极材料的制备方法及其应用”的中国专利技术专利，公开了一种采用静电纺丝及两步热处理法来制备得到具有碳包覆层的二氧化钼的复合纳米纤维的技术方案；专利号为CN102795667A，专利名称为“制备碳包覆纳米二氧化钼材料及方法”的中国专利技术专利，公开了一种以还原性糖类为双功能剂，采用水热或溶剂热法一步制备得到尺寸可调变的小尺寸碳包覆纳米二氧化钼材料的技术方案。上述技术方案由于碳的包覆及纳米尺度的二氧化钼的共同效应，制得的材料具有比容量高、倍率性能好、离子电子传导性能好等优点，但纳米结构往往容易随着循环坍塌而影响材料的循环性能，最终影响材料的充放电稳定性及其他电化学性能。介孔结构可以有效解决纳米结构坍塌引起的变化，有助于提升二氧化钼的电化学性能。因此，如何获得碳包覆二氧化钼的介孔结构，成为本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有介孔结构的碳包覆二氧化钼介孔材料及其制备方法和应用。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案一为：一种碳包覆二氧化钼介孔材料的制备方法，采用三氧化钼纳米带与油酸为原料，在惰性气氛下退火使油酸热解生成碳及还原性气体的同时与三氧化钼进行反应，得到碳包覆二氧化钼介孔材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案二为：一种由上述技术方案一所述的制备方法制备得到的碳包覆二氧化钼介孔材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案三为：一种由上述技术方案二所述的碳包覆二氧化钼介孔材料在锂离子电池负极上的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术结合油酸高温热解成碳及还原性气体与三氧化钼易被还原的理念，采用三氧化钼与油酸为原料，在惰性气氛下高温退火，即可得到碳包覆二氧化钼介孔材料。该法制备的碳包覆二氧化钼介孔材料具有结构稳定性好、导电性高的特点，作为锂离子电池负极具有循环稳定性好、倍率容量高等特点。附图说明图1所示为本专利技术实施例1制备的碳包覆二氧化钼介孔材料的透射电镜图；图2所示为采用本专利技术实施例1制备的碳包覆二氧化钼介孔材料制成的锂离子电池负极的不同周期放电/充电容量曲线图；图3所示为采用本专利技术实施例1制备的碳包覆二氧化钼介孔材料制成的锂离子电池负极的充电循环性能曲线图；图4所示为采用本专利技术实施例1制备的碳包覆二氧化钼介孔材料制成的锂离子电池负极的倍率充电性能曲线图；图5所示为图4的截取放大图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。本专利技术最关键的构思在于：结合油酸高温热解成碳及还原性气体与三氧化钼易被还原的理念，采用三氧化钼与油酸为原料，在惰性气氛如氮气中高温退火，即可得到碳包覆二氧化钼介孔材料。本专利技术所采用的三氧化钼纳米带，可按照文献(ChemistryofMaterials,2002,14,4781-4789.)中记载的方法制得。具体的，本专利技术提供的一种碳包覆二氧化钼介孔材料的制备方法，采用三氧化钼纳米带与油酸为原料，在惰性气氛下退火使油酸热解生成碳及还原性气体的同时与三氧化钼进行反应，得到碳包覆二氧化钼介孔材料。进一步的，所述三氧化钼纳米带与油酸先混合后再进行退火反应。进一步的，将三氧化钼纳米带浸泡在油酸中，经离心分离后得到三氧化钼与油酸的混合物。进一步的，所述浸泡时间为12-24小时。进一步的，所述惰性气氛为氮气。进一步的，退火温度为400-800度，退火时间为1-3小时。进一步的，碳包覆二氧化钼介孔材料中的碳含量为14wt％-16.3wt％。以下说明负极，此负极的活性物质采用本专利技术的碳包覆二氧化钼介孔材料。在使用本专利技术的碳包覆二氧化钼介孔材料作为负极活性物质制造负极的过程中，根据常用方法添加并混合导电剂和粘结剂。导电剂优选炭黑，粘结剂优选聚偏氟乙烯(PVdF)。使用本专利技术的碳包覆二氧化钼介孔材料是用作锂离子全电池的负极片。材料电化学性能检测过程中采用对锂的扣式电池进行。此扣式电池主要由碳包覆二氧化钼介孔材料极片、锂片、隔膜和电解液构成。电解液采用1mol/L的LiPF6/EC-DMC-DEC(3∶4∶3，w/w)。实施例1将按照文献(ChemistryofMaterials,2002,14,4781-4789.)准备的三氧化钼纳米带在油酸中浸泡24小时，经离心分离，将得到的三氧化钼和油酸混合物在500度的氮气中退火1小时，即可得到碳包覆二氧化钼介孔材料。热重分析显示，碳的含量为15.1wt％。图1所示为本实施例1制备的碳包覆二氧化钼介孔材料的透射电镜图。由图1所示可知，复合材料存在介孔结构。以下各个实施例的透射电镜图同理可参照图1所示，均存在介孔结构。将上述得到的碳包覆二氧化钼介孔材料与导电炭黑、PVdF按80wt％∶10wt％∶10wt％的比例混合均匀，涂布于铜箔上。采用扣式电池测试其电化学性能。电解液采用1mol/L的LiPF6/EC-DMC-DEC(3∶4∶3，w/w)。以500mA/g进行放电/充电，电位范围为0.01～3.0V。当以500mA/g的电流充电放电时，140次循环容量可达857mAh/g。图2、图3、图4、图5分别为碳包覆二氧化钼介孔材料的不同循环的充放电曲线、循环特性曲线及倍率特性曲线。以下各个实施例的充放电曲线、循环特性曲线及倍率特性曲线同理可参照图1所示。实施例2将三氧化钼纳米带在油酸中浸泡12小时，经离心分离，将得到的三氧化钼和油酸混合物在500度的氮气中退火1小时，即可得到碳包覆二氧化钼介孔材料。热重分析显示，碳的含量为15.2％。将上述得到的碳包覆二氧化钼介孔材料与导电炭黑、PVdF按80wt％∶10wt％∶10wt％的比例混合均匀，涂布于铜箔上。采用扣式电池测试其电化学性能。电解液采用1mol/L的LiPF6/EC-DMC-DEC(3∶4∶3，w/w)。以500mA/g进行放电/充电，电位范围为0.01～3.0V。当以500mA/g的电流充电放电时，140次循环容量可达850mAh/g。实施例3将三氧化钼纳米带在油酸中浸泡24小时，经离心分离，将得到的三氧化钼和油酸混合物在600度的氮气中退火1小时，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳包覆二氧化钼介孔材料的制备方法，其特征在于：采用三氧化钼纳米带与油酸为原料，在惰性气氛下退火使油酸热解生成碳及还原性气体的同时与三氧化钼进行反应，得到碳包覆二氧化钼介孔材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆二氧化钼的介孔材料的制备方法，其特征在于：采用三氧化钼纳米带与油酸为原料，在惰性气氛下退火使油酸热解生成碳及还原性气体的同时与三氧化钼进行反应，得到碳包覆二氧化钼的介孔材料。2.根据权利要求1所述的碳包覆二氧化钼的介孔材料的制备方法，其特征在于：所述三氧化钼纳米带与油酸先混合后再进行退火反应。3.根据权利要求2所述的碳包覆二氧化钼的介孔材料的制备方法，其特征在于：将三氧化钼纳米带浸泡在油酸中，经离心分离后得到三氧化钼与油酸的混合物。4.根据权利要求3所述的碳包覆二氧化钼的介孔材料的制备方法，其特征在于：所述浸泡时间为12-...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建民，毛玉华，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44