【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂离子电池储能，尤其涉及一种高稳定性mos2负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着大型储能设备与电动汽车的普及和使用，传统的石墨负极较低的理论比容量(372mah/g)已无法满足人们对高比能锂离子电池的需求。石墨负极作为嵌入型材料，在电化学反应中，通过锂离子嵌入石墨层间形成lixc6嵌锂化合物来储存电荷，其嵌锂动力学相对缓慢，不利于电池的快充应用。
2、二硫化钼(mos2)作为一种典型的层状过渡金属硫化物，在自然界中以辉钼矿的形式存在，具有丰富的储量。mos2理论容量高达670mah/g，被认为是极具潜力的锂离子电池负极材料之一。mos2层与层间通过较弱的范德华力连接，层间距为0.62nm，有利于锂离子的快速输运，在锂离子电池的快速充电领域中大有可为。mos2通过“插层-转化”的机制储锂，在首圈电化学反应中，锂离子先插入mos2层中形成嵌锂化合物lixmos2。但是，随着锂离子嵌入量的增加，mos2层状结构发生重排，容易形成较大的体相颗粒，使其在之后的锂化/去锂化过程中无法充分反应。这种不可逆的结构变化造成储锂容量快速衰减，使材料表现出很差的循环稳定性和倍率性能，极大阻碍了mos2的商业化进程。
3、相比于体块材料，电极材料的纳米化可使锂离子和电子的扩散路径大大缩短，其传输动力学得到极大改善，进而提升倍率性能。随着颗粒尺寸降低，还有助于释放锂嵌入/脱嵌过程中产生的应力，进而大幅度改善材料的循环性能。此外，将异质原子引入mos2材料中，有利于调节其电子结构，以及缓解充放电过程中的结构变化
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种高稳定性mos2负极材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中mos2负极材料由于储锂过程中结构稳定性差而导致电化学性能迅速衰减的技术问题。
2、为了实现上述目的，本申请实施例的技术方案是：
3、本申请的第一方面提供一种高稳定性mos2负极材料，结晶为热力学稳定的纯2h相，由尺寸为20-150nm的纳米碎片堆叠而成，具有丰富的边缘位点，同时存在少量源自sio2模板的硅原子掺入并稳定mos2晶格结构。
4、本申请的第二方面提供一种第一方面所述的高稳定性mos2负极材料的制备方法，该制备方法包括：
5、使含有十六烷基三甲基季铵阳离子cta+的表面活性剂和三乙醇胺分散于水中，加入正硅酸四乙酯/环己烷混合液，进行搅拌反应、纯化处理后，收集表面修饰cta+的树枝状介孔sio2纳米球；
6、使所述表面修饰cta+的树枝状介孔sio2纳米球分散于钼酸盐水溶液中，进行减压抽滤、干燥，获得介孔sio2@cta+@moox复合材料；
7、使所述介孔sio2@cta+@moox复合材料和硫脲在惰性气体氛围下进行限域硫化反应，得到介孔sio2@mos2复合材料；
8、使所述介孔sio2@mos2复合材料分散于氢氧化钠水溶液中进行刻蚀、纯化处理后，即得高稳定性mos2负极材料。
9、结合第二方面优选地，所述含有cta+的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；
10、和/或，所述含有cta+的表面活性剂的添加量为4～6g；
11、和/或，所述三乙醇胺的添加量为0.5～1.0ml，浓度为0.35g/ml。
12、结合第二方面优选地，所述正硅酸四乙酯的添加量为3～5ml；
13、和/或，所述环己烷的添加量为15～25ml；
14、和/或，所述搅拌反应时间为12～20h。
15、结合第二方面优选地，所述收集表面修饰cta+的树枝状介孔sio2纳米球，包括：使用无水乙醇对中间产物进行三次离心分离，以保留介孔sio2孔道表面的cta+。
16、结合第二方面优选地，所述钼酸盐为钼酸铵和钼酸钠中的一种或几种；
17、和/或，所述钼酸盐水溶液的浓度为1.0mol/l；
18、和/或，所述介孔sio2纳米球和所述钼酸盐的质量比1：8～25。
19、结合第二方面优选地，所述介孔sio2@cta+@moox复合材料和所述硫脲的质量比为1：1～3；
20、和/或，所述硫化反应温度为500～800℃，升温速率为5～10℃/min，硫化时间为2～5h。
21、和/或，所述惰性气体为氮气和氩气中的一种或几种，通入气体的流速为20～60ml/min。
22、结合第二方面优选地，所述氢氧化钠水溶液的浓度为2～4mol/l，反应时间为5～8h。
23、本申请的第三方面提供一种第一方面所述的高稳定性mos2负极材料或者第二方面任一所述方法制备的高稳定性mos2负极材料应用于锂离子电池。
24、与现有技术相比，本申请实施例的优点或有益效果至少包括：
25、本申请实施例提供的高稳定性mos2负极材料，一方面，由众多尺寸为20-150nm的纳米碎片堆叠而成，能够形成丰富的边缘位点，该些边缘位点能够用于储锂，从而可以表现出极高比容量和倍率性能；另一方面，sio2模板的部分硅原子发生迁移，掺入并稳定了mos2晶格结构，显著改善了当前mos2负极材料在充放电过程中结构稳定性差导致其电化学性能迅速衰减的问题。
26、本申请实施例的制备方法中使用的sio2模板为具有树枝状介孔的纳米球，其颗粒和介孔的尺寸可调控，且其表面均匀修饰了cta+。基于cta+和钼酸根阴离子之间的静电相互作用和配位作用，通过减压抽滤的辅助，在sio2的介孔表面上限域负载moox前驱体，再进行高温硫化并刻蚀除去sio2模板，得到高稳定性2h相mos2。由于介孔sio2模板的限域作用和cta+的导向作用，mos2材料被“分割”成众多尺寸为20-150nm的纳米碎片，形成丰富的边缘位点用于储锂。在高温硫化过程中，sio2模板的部分硅原子发生迁移，掺入并稳定了mos2晶格结构。
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1.一种高稳定性MoS2负极材料，其特征在于，结晶为热力学稳定的纯2H相，由尺寸为20-150nm的纳米碎片堆叠而成，具有丰富的边缘位点，同时存在少量源自SiO2模板的硅原子掺入并稳定MoS2晶格结构。
2.一种权利要求1所述的高稳定性MoS2负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的高稳定性MoS2负极材料的制备方法，其特征在于，所述含有CTA+的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；
4.根据权利要求2所述的高稳定性MoS2负极材料的制备方法，其特征在于，所述正硅酸四乙酯的添加量为3～5mL；
5.根据权利要求2所述的高稳定性MoS2负极材料的制备方法，其特征在于，所述收集表面修饰CTA+的树枝状介孔SiO2纳米球，包括：使用无水乙醇对中间产物进行三次离心分离，以保留介孔SiO2孔道表面的CTA+。
6.根据权利要求2所述的高稳定性MoS2负极材料的制备方法，其特征在于，所述钼酸盐为钼酸铵和钼酸钠中的一种或几种；
7.根据权利要求2所述的高稳定性MoS
8.根据权利要求2所述的高稳定性MoS2负极材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠水溶液的浓度为2～4mol/L，反应时间为5～8h。
9.一种权利要求1所述的高稳定性MoS2负极材料或者权利要求2-8任一所述方法制备的高稳定性MoS2负极材料应用于锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种高稳定性mos2负极材料，其特征在于，结晶为热力学稳定的纯2h相，由尺寸为20-150nm的纳米碎片堆叠而成，具有丰富的边缘位点，同时存在少量源自sio2模板的硅原子掺入并稳定mos2晶格结构。
2.一种权利要求1所述的高稳定性mos2负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的高稳定性mos2负极材料的制备方法，其特征在于，所述含有cta+的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；
4.根据权利要求2所述的高稳定性mos2负极材料的制备方法，其特征在于，所述正硅酸四乙酯的添加量为3～5ml；
5.根据权利要求2所述的高稳定性mos2负极材料的制备方法，其特征在于，所述收集表面修饰ct...
【专利技术属性】
技术研发人员：张山青，裴可伟，黄森传，钟建威，陈浩，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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