一种用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化钼复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化钼复合材料及其制备方法，本发明采用钼酸钠作为钼源，1‑丁基‑3‑甲基咪唑硫氰酸盐([BMIM]SCN)作为硫源和稳定剂，通过动态成核结晶的方式在密封溶剂热条件下控制反应的热力和动力学因素，结合热退火处理，得到花状球体的二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS2/rGO)复合材料，作为各项物理性质测试及电化学电极、电池性能等测试使用。本发明通过简单的操作步骤，[BMIM]SCN的使用大大简化了反应体系，实现了反应物、溶剂、模板的一体化。通过离子液体辅助水热法能够形成介孔结构的复合材料，有利于锂离子的嵌入和脱出，增加电极与电解质的接触，提高电极的机械稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种 用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化钼复合材料及其 制备方法。

背景技术

为了满足人类日益增长的能源需求，特别是近年来蓬勃发展的 电动汽车市场，开发具有优良性能的新一代锂离子电池(LIBs)至关 重要。目前，商业化锂离子电池主要采用人造石墨等碳材料作为负 极，但由于其理论容量低(372mAh/g)，传统电极材料在比容量、循 环寿命及安全性方面的局限性日益凸显，制约了锂离子电池的进一 步发展。

目前过渡金属硫化物材料发展为一种新型锂离子电池负极材料， 受到研究人员的广泛关注。其中，MoS

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一 种用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化钼复合材料及 其制备方法，通过对负极材料结构进行合理的设计与优化，制备三 维分层异质结构的花状球体MoS

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：

一种用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化钼复合 材料，所述复合材料为三维介孔结构的花状球体MoS

所述的一种用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化 钼复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：低速搅拌下在石墨烯溶液中加入二水合钼酸钠和1-丁 基-3-甲基咪唑硫氰酸盐([BMIM]SCN)，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液转移至水热合成釜中，旋紧密闭后置于恒 温电热烘箱中，进行溶剂热反应；

步骤三：到达溶剂热反应时间后，水热合成釜随恒温电热烘箱 一起自然冷却至室温；反应后的固液混合物通过反复离心，并用蒸 馏水、乙醇多次反复洗涤，置于真空干燥箱于恒温环境下充分干燥， 得固体粉末；

步骤四：干燥后的固体粉末置于管式炉中进行退火处理，最终 制备得三维介孔结构的花状球体MoS

步骤一中加入二水合钼酸钠和[BMIM]SCN与石墨烯溶液的比为 (0.05～0.15)g:(0.4～1.0)g:(20～30)mL，石墨烯溶液浓度为2mg/mL。

步骤一中所述搅拌时间为15～45min。

步骤二中，溶剂热反应在恒温电热烘箱中150～200℃下反应 12～36h。

步骤三中所述离心的转速在6000rpm以上，离心的时间为 20～40min，离心得到的固相沉淀物于60～70℃真空干燥10h以上。

步骤四中所述退火处理在体积分数5％的H

本发明采用钼酸钠作为钼源，1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐 ([BMIM]SCN)作为硫源和稳定剂，通过动态成核结晶的方式在密封 溶剂热条件下控制反应的热力和动力学因素，结合热退火处理，得 到花状球体的二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS

1.MoS

2.本发明采用一种离子液体([BMIM]SCN)辅助水热法合成三 维纳米片组装的MoS

3.本发明为MoS

5.MoS

6.通过离子液体辅助水热法能够形成介孔结构的复合材料，有 利于锂离子的嵌入和脱出，增加电极与电解质的接触，提高电极的 机械稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的MoS

图2为本发明实施例1制备的MoS

图3为本发明实施例1制备的MoS

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化 钼复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：低速搅拌下在25mL石墨烯溶液中加入0.1g二水合钼 酸钠和0.7g[BMIM]SCN，均匀搅拌30min，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液转移至聚四氟乙烯水热合成釜中，旋紧密 闭后置于恒温电热烘箱中，在200℃下反应24h进行溶剂热反应；

步骤三：到达溶剂热反应时间后，水热合成釜随恒温电热烘箱 一起自然冷却至室温。反应后的固体液体混合物通过反复离心，离 心的转速在7000rpm，离心的时间为30min，并用蒸馏水、乙醇多次 反复洗涤，得到黑色粉末固体，置真空干燥箱于恒温环境下60℃真空干燥12h，得固体粉末；

步骤四：干燥后的固体粉末置于管式炉中,先以4℃/min的升温 速率升至700℃，然后在在体积分数5％的H

图1是本实施例制备的花状球体MoS

图2是本实施例制备的花状球体MoS

图3为本实施例制备的花状球体MoS

实施例2

本实施例的用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化 钼复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：低速搅拌下在20mL石墨烯溶液中加入0.05g二水合钼 酸钠和0.4g[BMIM]SCN，均匀搅拌15min，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液转移至聚四氟乙烯水热合成釜中，旋紧密 闭后置于恒温电热烘箱中，在150℃下反应26h进行溶剂热反应；

步骤三：到达溶剂热反应时间后，水热合成釜随恒温电热烘箱 一起自然冷却至室温。反应后的固体液体混合物通过反复离心，离 心的转速在7000rpm，离心的时间为20min，并用蒸馏水、乙醇多次 反复洗涤，得到黑色粉末固体，置真空干燥箱于恒温环境下60℃真空干燥12h，得固体粉末；

步骤四：干燥后的固体粉末置于管式炉中,先以3℃/min的升温 速率升至700℃，然后在在体积分数5％的H

实施例3

本实施例的用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化 钼复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：低速搅拌下在30mL石墨烯溶液中加入0.15g二水合钼 酸钠和1.0g[BMIM]SCN，均匀搅拌45min，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液转移至聚四氟乙烯水热合成釜中，旋紧密 闭后置于恒温电热烘箱中，在250℃下反应22h进行溶剂热反应；

步骤三：到达溶剂热反应时间后，水热合成釜随恒温电热烘箱 一起自然冷却至室温。反应后的固体液体混合物通过反复离心，离 心的转速在7000rpm，离心的时间为40min，并用蒸馏水、乙醇多次 反复洗涤，得到黑色粉末固体，置真空干燥箱于恒温环境下70℃真空干燥10h，得固体粉末；

步骤四：干燥后的固体粉末置于管式炉中,先以5℃/min的升温 速率升至700℃，然后在在体积分数5％的H

实施例4

本实施例的用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化 钼复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：低速搅拌下在25mL石墨烯溶液中加入0.1g二水合钼 酸钠和0.7g[BMIM]SCN，均匀搅拌30min，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液转移至聚四氟乙烯水热合成釜中，旋紧密 闭后置于恒温电热烘箱中，在150℃下反应26h进行溶剂热反应；

步骤三：到达溶剂热反应时间后，水热合成釜随恒温电热烘箱 一起自然冷却至室温。反应后的固体液体混合物通过反复离心，离 心的转速在7000rpm，离心的时间为20min，并用蒸馏水、乙醇多次 反复洗涤，得到黑色粉末固体，置真空干燥箱于恒温环境下60℃真空干燥12h，得固体粉末；

步骤四：干燥后的固体粉末置于管式炉中,先以5℃/min的升温 速率升至700℃，然后在在体积分数5％的H

实施例5

本实施例的用于锂离子电池负极的还原氧化石墨烯包覆二硫化 钼复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：低速搅拌下在25mL石墨烯溶液中加入0.1g二水合钼 酸钠和0.7g[BMIM]SCN，均匀搅拌30min，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液转移至聚四氟乙烯水热合成釜中，旋紧密 闭后置于恒温电热烘箱中，在250℃下反应22h进行溶剂热反应；

步骤三：到达溶剂热反应时间后，水热合成釜随恒温电热烘箱 一起自然冷却至室温。反应后的固体液体混合物通过反复离心，离 心的转速在7000rpm，离心的时间为20min，并用蒸馏水、乙醇多次 反复洗涤，得到黑色粉末固体，置真空干燥箱于恒温环境下60℃真空干燥12h，得固体粉末；

步骤四：干燥后的固体粉末置于管式炉中,先以3℃/min的升温 速率升至700℃，然后在在体积分数5％的H