納米小球納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過渡金屬硫化物、半導(dǎo)體材料與鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球材料制備及其鋰離子電池陽極材料方面的應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MoS2是一種新興的層狀過渡金屬硫化物，其結(jié)構(gòu)是由兩層硫原子與一層鉬原子組成的類似三明治型結(jié)構(gòu)堆疊而成的二維層狀結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)、大表面積以及良好的機(jī)械柔性，在超級(jí)電容、鋰電池以及傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。由于MoS2獨(dú)特的物理化學(xué)性能，它也是一種良好的鋰電池陽極材料，其類石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)可以很好地對(duì)鋰離子進(jìn)行存儲(chǔ)。但是由于MoS2是納米片層狀結(jié)構(gòu)，在鋰離子進(jìn)出過程中，納米片層間受到膨脹收縮機(jī)械力的沖擊，容易造成納米片層狀結(jié)構(gòu)塌陷損壞，降低鋰電池使用的長期穩(wěn)定性。此外，純的MoS2納米材料自身存在導(dǎo)電性差的固有缺陷，限制了 MoS2納米材料在鋰電池方面的應(yīng)用。因此，為了利用MoS2較高的存儲(chǔ)鋰離子性能，必須提高其充放電穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，這是當(dāng)前MoS2材料在鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域急需解決的問題。
[0003]納米碳材料是一種廉價(jià)、無毒、易于制備的納米材料，已經(jīng)被廣泛用于和其它半導(dǎo)體材料以及金屬材料進(jìn)行復(fù)合來研究和應(yīng)用其性能。近來，多種基于納米碳材料的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)引起眾多研究學(xué)者的關(guān)注，但現(xiàn)有技術(shù)中尚未有MoS2納米小球與放射狀碳架納米帶納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有優(yōu)秀鋰離子電池陽極穩(wěn)定性的放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球復(fù)合材料，所述復(fù)合材料作為鋰離子電池陽極材料應(yīng)用時(shí)，具有優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明提供了一種放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括洋蔥層狀MoS2納米小球和放射狀碳架納米帶，以所述放射狀碳架納米帶為搭載骨架，所述洋蔥層狀MoS2納米小球均勻分布在所述放射狀碳架納米帶骨架的間隙與表面，形成所述放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球復(fù)合材料;所述碳架納米帶與所述MoS2納米小球既有充分牢固的表面接觸，又有未形成化合作用的獨(dú)立存在狀態(tài)。
[0006]其中，所述洋蔥層狀MoS2納米小球?yàn)榱骄担鎏技芗{米帶為無定形碳結(jié)構(gòu)。
[0007]其中，所述洋蔥層狀MoS2納米小球?yàn)橐?guī)則的實(shí)心球形結(jié)構(gòu)，其直徑為180?220nm;所述放射狀碳架納米帶的長度約為1.5?2.0um，寬度約為80?10nm薄碳架納米帶交叉組成放射間隙形貌。
[0008]其中，所述放射狀碳架納米帶多為帶狀自組裝狀態(tài)形式。
[0009]本發(fā)明還提供一種放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0010](I)使用水熱合成法，首先制備洋蔥層狀MoS2納米小球懸浮液；
[0011 ] (2)將上述洋蔥層狀MoS2納米小球懸浮液加入PH約為8.0?8.5的弱堿性多巴胺溶液，并超聲攪拌處理20?24小時(shí)，靜置后收集沉淀物；
[0012](3)在Ar氣保護(hù)下，將步驟(2)中獲得的沉淀物再轉(zhuǎn)移至高溫退火爐內(nèi)進(jìn)行退火碳化處理，獲得放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球納米復(fù)合材料。
[0013]具體地，所述放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0014](I)使用水熱合成法，首先制備洋蔥層狀MoS2納米小球納米材料:將0.Sg鉬酸鈉，1.5g硫代乙酰胺溶解到120mL的去離子水中，加入約0.Sg的草酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，充分?jǐn)嚢璩^30分鐘后，將混合溶液加入150mL的反應(yīng)釜中，密封，之后放入烘箱中，在200 °C下加熱24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將反應(yīng)釜底黑色沉淀物以及內(nèi)壁黑色附著收集取出，用去離子水反復(fù)洗凈，至上清液完全澄清為止，再將上清液倒掉，把純凈的樣品放在真空烘箱中60°C干燥5小時(shí)后取出，得到黑色粉末，即為洋蔥層狀MoS2納米小球納米材料；
[0015](2)取上述洋蔥層狀MoS2納米小球納米材料Ig，加去離子水制成懸浮液，再加入到10!1^、？!1 = 8.5的1^8-131^6^爰沖液，超聲處理1小時(shí)使混合均勻，再加入0.58鹽酸多巴胺鹽，攪拌至充分溶解，并超聲攪拌處理20?24小時(shí)，所述洋蔥層狀MoS2納米小球吸附在所述多巴胺納米結(jié)構(gòu)框架表面之上，靜置后收集沉淀物，此步驟操作結(jié)束之后還可以對(duì)沉淀物進(jìn)行清洗；
[0016](3)在Ar氣保護(hù)下，將步驟(2)中獲得的沉淀物再轉(zhuǎn)移至高溫退火爐內(nèi)進(jìn)行退火碳化處理，獲得放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料為黑色粉末狀，退火溫度為780?800°C，退火時(shí)間為5?6小時(shí)。
[0017]本發(fā)明還提供一種放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球納米復(fù)合材料作為鋰離子電池陽極材料的應(yīng)用。
[0018]本發(fā)明還提供一種基于放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球的鋰離子電池陽極材料，其包括銅箔襯底，以及與PVDF粘合劑一起旋涂于該銅箔襯底上的增強(qiáng)陽極材料涂層膜，所述增強(qiáng)陽極材料涂層膜為放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球納米復(fù)合材料。
[0019]其中，所述增強(qiáng)陽極材料涂層的厚度0.4?0.5_。
[°02°]其中，所述放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球包括碳架納米帶以及均勻分布在該碳架納米帶的間隙與表面上的洋蔥層狀MoS2納米小球。即，所述放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球結(jié)構(gòu)是以放射狀碳架納米帶為搭載骨架，MoS2納米小球均勾分布在放射狀碳架納米帶的間隙與表面上，形成穩(wěn)定納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。將所述放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球復(fù)合材料和PVDF粘合劑一起旋涂于銅箔襯底上，即形成所述放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球鋰離子電池陽極材料。其中，所述銅箔還可以是鋁箔。
[0021]本發(fā)明還提供了一種基于放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球的鋰離子電池陽極材料的制備方法，所述鋰離子電池陽極材料為基于增進(jìn)鋰離子電池穩(wěn)定性和增大電容量的放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球納米復(fù)合材料為陽極主材料，所述方法包括如下步驟:
[0022](I)使用水熱合成法，首先制備洋蔥層狀MoS2納米小球懸浮液；
[0023](2)將上述洋蔥層狀MoS2納米小球懸浮液加入PH約為8.0?8.5的弱堿性多巴胺溶液，并超聲攪拌處理20?24小時(shí)，靜置后收集沉淀物，還可以對(duì)沉淀物進(jìn)行清洗；
[0024](3)在Ar氣保護(hù)下，將步驟(2)中獲得的沉淀物再轉(zhuǎn)移至高溫退火爐內(nèi)進(jìn)行退火碳化處理，獲得放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料為黑色粉末狀。
[0025](4)將步驟(3)中獲得的放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球納米復(fù)合材料和聚偏氟乙烯(PVDF)粘合劑同時(shí)分散于N-甲基吡絡(luò)烷酮(匪P)溶劑中，磁力攪拌處理30分鐘得到混懸液；
[0026](5)利用旋涂法，將步驟(4)中獲得的混懸液均勻覆蓋在所述銅箔上形成一層薄層電極材料，并在真空條件下烘干，得到所述的放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球鋰電池陽極材料。
[0027]進(jìn)一步地，所述基于放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀M0S2納米小球的鋰離子電池陽極材料的制備方法，還可以包括步驟(6)，所述步驟(6)為:將上述方法步驟(5)中獲得的鋰電池陽極材料搭配鋰電池電解液和金屬鋰箔以及鋼材質(zhì)金屬外殼，在壓蓋機(jī)上組裝成為紐扣鋰離子電池的步驟(6)。
[0028]其中，步驟(5)中，所述薄層電極材料的厚度為0.4?0.5mm，優(yōu)選地，為0.5mm;所述烘干溫度為80?1000C，優(yōu)選地為900C，所述烘干時(shí)間為5?8小時(shí)，優(yōu)選地，為6小時(shí)。
[0029]步驟(6)中，所述電解液為碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的混合液，混合體積比例為1:1o
[0030]本發(fā)明提供一種簡易的增進(jìn)鋰離子電池穩(wěn)定性和增大電容量的放射狀碳架納米帶搭載洋蔥層狀MoS2納米小球鋰離子電池陽極材料的制備方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中MoS2納米材料在鋰離子電池應(yīng)用上遇到的問題。本發(fā)明中，所述洋蔥層狀MoS2納米小球與放射狀碳架納米帶形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使M0S2納米小球在超聲和高溫條件下吸附在放射狀碳架納