一種鋰離子電池負(fù)極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制作鋰離子電池負(fù)極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著21世紀(jì)科技和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)邁入了一個嶄新的紀(jì)元，但隨著資源的消耗和環(huán)境的污染，在人類物質(zhì)、精神生活極大豐富的如今卻出現(xiàn)了生態(tài)失衡、能源枯竭的嚴(yán)峻現(xiàn)實，我們急需開發(fā)一種既清潔又高效的能源來替代石油、煤礦等不可再生的資源。而鋰離子電池作為一種新興的化學(xué)能源，以其成本低廉、工作電壓高、比能量高、自放電率低、轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)勢，已經(jīng)受到了人們的廣泛研究并應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各種設(shè)備中。
[0003]盡管鋰離子電池的商業(yè)開發(fā)已經(jīng)趨向成熟，但在一些高精尖領(lǐng)域，如電動汽車、軍工、航空航天等，其以能量密度和功率密度為代表的儲能性能卻遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想水平，因此鋰電的尖端應(yīng)用受到較大的限制。提高鋰離子電池電化學(xué)性能的主要手段之一就是尋找新型電極材料，使電池具有更高的鋰嵌入量和優(yōu)秀的鋰脫嵌可逆性。目前，商業(yè)上應(yīng)用最多的負(fù)極材料是石墨類碳材料，其理論可逆比容量僅為372mAh/g，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化的需要，且在快速充放電過程中易破壞層狀結(jié)構(gòu)，循環(huán)穩(wěn)定性差，同時還伴有電解液相容性、電極安全性等問題。二硫化鉬作為一種典型的過渡金屬二硫化物，擁有類似于石墨烯的密排六方結(jié)構(gòu)和片層堆垛方式，更寬闊的(002)晶面間距使其擁有了更大的儲鋰空間，計算所得的理論比容量可達(dá)669mAh/g ;不僅如此，在首圈放電過程中，MoS2與電解液反應(yīng)形成SEI膜對活性材料本身的消耗也比較有限，使其具有較高的首次庫倫效率。因此，把MoS2作為一種活性材料用來制備鋰離子電池負(fù)極對于提高目前商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極的容量來說頗具應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種利用二硫化鉬納米片制作成為鋰離子電池負(fù)極的方法。本發(fā)明利用NaCl作模板，結(jié)合一步化學(xué)氣相沉積，經(jīng)凍干、煅燒、抽濾、干燥后可獲得具有質(zhì)量高、尺寸均一、層數(shù)相對可控、產(chǎn)量較高、制備成本相對較低等特點的二硫化鉬納米片，再以所制備的二硫化鉬納米片作為活性材料，加入導(dǎo)電碳黑、PVDF和NMP，攪拌制成勻漿涂覆于銅箔上，干燥后即獲得以該二硫化鉬納米片為儲鋰活性材料的鋰離子電池負(fù)極。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，
[0006]一種鋰離子電池負(fù)極的制作方法，包括以下步驟:
[0007](I)以鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或兩種混合物為鉬源，以硫脲為硫源，按鉬源中的鉬、硫源中的硫摩爾比為1: (1.8?2.5)，并按鉬源中的鉬與NaCl的摩爾比為1: (150?600)計，將鉬源、硫源和NaCl加入去離子水中溶解，攪拌配成溶液，再超聲混合均勻后于(TC下冷凍，待溶液全部結(jié)冰后進(jìn)行真空干燥，得到混合物；
[0008](2)將步驟(I)制得的混合物研磨成粉末，過100-300目篩后鋪于方舟中，置于管式爐恒溫區(qū)進(jìn)行煅燒:以N2、He和Ar的一種氣體或混合氣體作為惰性氣體源，先以流量為200-400ml/min通入惰性氣體10-30分鐘以排除空氣；再以Ar作為保護(hù)氣，將保護(hù)氣流量固定為50-300ml/min，以1_10°C /min的升溫速度升溫至600_750°C，保溫l_3h進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，得到產(chǎn)物A ;
[0009](3)收集步驟⑵制得的粉體產(chǎn)物A，水洗至煅燒產(chǎn)物中沒有NaCl為止，將水洗后的產(chǎn)物置于進(jìn)行真空干燥，得到二硫化鉬納米片；
[0010](4)按照質(zhì)量比為1285:1338:16的配比，將二硫化鉬納米片，PVDF和導(dǎo)電碳黑混合均勻攪拌制成漿料后涂于銅片作為負(fù)極，以LiPF6作為電解液，以鋰片作為正極，制得半電池。
[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明利用廉價易得的原料制備二硫化鉬納米片，成本低廉，反應(yīng)過程簡單、可控性強。同時該種材料結(jié)晶度高，質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)均一，形貌優(yōu)良、性能優(yōu)異，二硫化鉬納米片用于鋰離子電池負(fù)極具有一定的比容量和循環(huán)性能，在100mA/g的電流密度下循環(huán)50次后仍能保持250mAh/g以上的比容量。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例1制得的二硫化鉬納米片的SEM照片。從該圖明顯看出二硫化鉬納米片的形貌和尺寸。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例1制得的二硫化鉬納米片的FE-SEM照片。從該圖明顯看出二硫化鉬納米片的厚度。
[0014]圖3為本發(fā)明實施例1制得的二硫化鉬納米片的TEM照片。從該圖明顯看出二硫化鉬納米片的整體結(jié)構(gòu)。
[0015]圖4為本發(fā)明實施例1制得的二硫化鉬納米片的TEM照片。從該圖明顯看出二硫化鉬納米片的片層數(shù)目和晶格點陣。
[0016]圖5為本發(fā)明實施例1制得的二硫化鉬納米片的XRD圖譜。
[0017]圖6為本發(fā)明實施例1利用二硫化鉬納米片制得的鋰離子電池負(fù)極的充放電循環(huán)性能圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容具體說明如下:
[0019]實施例1:
[0020]稱取0.3531g鉬酸銨、0.3654g硫脲和35.1g氯化鈉，將混合物溶于200ml的去離子水中，以攪拌速度300r/min的磁力攪拌器，攪拌溶解配成溶液，然后再以功率為400W的超聲器超聲15min，混合均勻。將混合液放入冰箱中12h結(jié)冰，之后置于冷凍干燥機(jī)中_50°C真空干燥，直至烘干得到混合物。研磨混合物并過150目篩，取1g粉末置于方舟中，將方舟放入管式爐中，通入200ml/min的Ar惰性氣體排除空氣，再以200ml/min的Ar惰性氣體、并以10°C /min的升溫速度升溫至溫度750°C，保溫2h進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，反應(yīng)結(jié)束后在Ar氣氛保護(hù)下冷卻至室溫，得到煅燒產(chǎn)物A，收集，研細(xì)，水洗至產(chǎn)物中沒有NaCl為止，在冷凍干燥機(jī)中于-50°C下進(jìn)行真空干燥8h，得到二硫化鉬納米片，該二硫化鉬納米片多呈三角形和六邊形，單個納米片的長度為0.l-40um，厚度為0.6-100.0nm, 二硫化鉬納米片層數(shù)為1_40 層。
[0021]將0.1285g 二硫化鉬納米片，0.1338gPVDF(聚偏氟乙烯)，0.0161g導(dǎo)電碳黑混合均勻攪拌制成漿料后涂于銅片作為負(fù)極，以IM的LiPF6作為電解液，以鋰片作為正極，制得半電池，其在100mA/g的電流密度下循環(huán)50圈仍保250mAh/g以上的比容量，如圖6所示。
【主權(quán)項】
1.一種鋰離子電池負(fù)極的制作方法，包括以下步驟: (1)以鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或兩種混合物為鉬源，以硫脲為硫源，按鉬源中的鉬、硫源中的硫摩爾比為1: (1.8?2.5)，并按鉬源中的鉬與NaCl的摩爾比為1: (150?600)計，將鉬源、硫源和NaCl加入去離子水中溶解，攪拌配成溶液，再超聲混合均勻后于0°C下冷凍，待溶液全部結(jié)冰后進(jìn)行真空干燥，得到混合物； (2)將步驟(1)制得的混合物研磨成粉末，過100-300目篩后鋪于方舟中，置于管式爐恒溫區(qū)進(jìn)行煅燒:以N2、He和Ar的一種氣體或混合氣體作為惰性氣體源，先以流量為200-400ml/min通入惰性氣體10-30分鐘以排除空氣；再以Ar作為保護(hù)氣，將保護(hù)氣流量固定為50-300ml/min，以1_10°C /min的升溫速度升溫至600_750°C，保溫l_3h進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，得到產(chǎn)物A ; (3)收集步驟⑵制得的粉體產(chǎn)物A，水洗至煅燒產(chǎn)物中沒有NaCl為止，將水洗后的產(chǎn)物置于進(jìn)行真空干燥，得到二硫化鉬納米片； (4)按照質(zhì)量比為1285:1338:16的配比，將二硫化鉬納米片，PVDF和導(dǎo)電碳黑混合均勻攪拌制成漿料后涂于銅片作為負(fù)極，以LiPF6作為電解液，以鋰片作為正極，制得半電池。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將水洗后的產(chǎn)物置于冷凍干燥機(jī)中于-50°C?_30°C的溫度下進(jìn)行真空干燥8h，得到二硫化鉬納米片。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極的制作方法，包括：以鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或兩種混合物為鉬源，以硫脲為硫源，按鉬源中的鉬、硫源中的硫摩爾比為1:(1.8～2.5)，并按鉬源中的鉬與NaCl的摩爾比為1:(150～600)計，將鉬源、硫源和NaCl溶解，再冷凍和進(jìn)行真空干燥，得到混合物；將制得的混合物研磨成粉末，置于管式爐恒溫區(qū)進(jìn)行煅燒和化學(xué)氣相沉積，得到產(chǎn)物A；水洗并進(jìn)行真空干燥，得到二硫化鉬納米片。本發(fā)明利用廉價易得的原料制備二硫化鉬納米片，成本低廉，反應(yīng)過程簡單、可控性強。二硫化鉬納米片用于鋰離子電池負(fù)極具有一定的比容量和循環(huán)性能。
【IPC分類】B82Y30/00, H01M4/58, H01M10/0525, H01M4/1397, B82Y40/00
【公開號】CN105280887
【申請?zhí)枴緾N201510583283
【發(fā)明人】何春年, 周靜雯, 趙乃勤, 師春生, 劉恩佐, 李家俊
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月14日