CN108807835A - 一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池 - Google Patents

一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池 Download PDF

Info

Publication number
CN108807835A
CN108807835A CN201710295152.2A CN201710295152A CN108807835A CN 108807835 A CN108807835 A CN 108807835A CN 201710295152 A CN201710295152 A CN 201710295152A CN 108807835 A CN108807835 A CN 108807835A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
mos
mixed
preparation
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710295152.2A
Other languages
English (en)
Inventor
许志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Xinfeng Two Mstar Technology Ltd
Original Assignee
Fujian Xinfeng Two Mstar Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Xinfeng Two Mstar Technology Ltd filed Critical Fujian Xinfeng Two Mstar Technology Ltd
Priority to CN201710295152.2A priority Critical patent/CN108807835A/zh
Publication of CN108807835A publication Critical patent/CN108807835A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池,其中所述方法包括以下步骤:制备氧化石墨烯;将制备得到的氧化石墨烯与钼酸铵进行混合处理;将混合物进行水热反应制备得到具有分层三维结构的1T‑MoS2/石墨烯复合材料。其所述1T‑MoS2/石墨烯复合材料为原子级和界面良好的夹层状三层纳米结构;所述1T‑MoS2/石墨烯复合材料为垂直堆叠的超薄二维层状石墨烯片/二维1T‑MoS2分层异质材料。所述1T‑MoS2/石墨烯复合材料作为锂/钠离子电池和锂/钠双离子电池负极材料具有很高的可逆容量,超长的循环寿命,优异的库仑效率和较高的倍率性能。

Description

一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池
技术领域
本发明涉及电池等技术领域,尤其涉及一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池。
背景技术
由于传统化石能源不断的消耗和严重的全球环境问题,开发绿色和可持续能源日益重要。目前诸如金属离子电池,金属空气电池,金属硫化物电池和双离子电池等各种有希望的储能装置已经被发明。而且一直致力于对具有高容量和优异导电性的电极材料的研究,以取代目前最先进的石墨负极材料,因为石墨负极材料理论容量低(372mAh g-1)和可逆容量有限。二硫化钼(MoS2)是一种典型的低成本二维材料,因为MoS2具有与石墨相同的层状结构和高锂/钠储存容量(670mAhg-1)。然而,MoS2的导电性太低。同时,在电池充放电循环过程中其积累了大量的应变。这些都阻碍了其在储能领域的应用。
目前已经开展了大量的研究来改善MoS2电极的电化学性能,例如合成纳米结构MoS2和用导电聚合物或碳结合MoS2形成纳米复合材料。然而,这些基于MoS2的纳米复合材料的电导率仍然很低。因此,非常有必要开发具有优异导电性的新型MoS2基纳米复合材料。众所周知,1T-MoS2是金属的,具有优异的导电性(比2H相高107倍)。因此,1T-MoS2是潜在的好候选材料。
发明内容
为解决目前锂/钠离子电池、锂/钠双离子电池存在的石墨负极容量较低等问题。本发明提供了一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池,1T-MoS2/石墨烯复合材料为原子级和界面良好的夹层状三层纳米结构;所述1T-MoS2/石墨烯复合材料为垂直堆叠的超薄二维层状石墨烯片/二维1T-MoS2分层异质材料。所述1T-MoS2/石墨烯复合材料作为锂/钠离子电池和锂/钠双离子电池负极材料具有很高的可逆容量,超长的循环寿命,优异的库仑效率和较高的倍率性能。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案,一种类金属石墨烯负极材料的制备方法,包括以下步骤:
制备氧化石墨烯;
将制备得到的氧化石墨烯与钼酸铵进行混合处理;
将混合物进行水热反应制备得到具有分层三维结构的1T-MoS2/石墨烯复合材料。
进一步的,所述制备氧化石墨烯具体包含步骤:将浓H2SO4和H3PO4进行混合;将石墨粉和KMnO4均匀混合;将100-200mL的浓H2SO4/H3PO4混合溶液加入石墨粉和KMnO4的混合物中;然后加热至40-80℃并持续搅拌下10-24h;再将反应溶液倒入100-300mL的冰水中,接着往溶液中逐滴滴加双氧水,直至溶液颜色变为金黄色;然后将混合物在转速3000-5000rpm下离心20-60min;将所得混合物用去离子水洗涤,并在乙醇中萃取;最后将萃取物冷冻干燥20-30h后得到氧化石墨烯。
进一步的,所述浓H2SO4和H3PO4按照体积比5-10:1进行混合。
进一步的,所述石墨粉和高锰酸钾按照质量比为1:5-10进行混合。
进一步的,所述将制备得到的氧化石墨烯与钼酸铵进行混合处理具体为:首先将钼酸铵和硫脲进行均匀混合;然后再加入10-30mL的水溶液;最后往混合液中加入20-50mg氧化石墨烯,搅拌混合直到溶液颜色变亮。
进一步的,所述钼酸铵和硫脲的质量比为1:10-50。
进一步的,所述将混合物进行水热反应具体为:将混合物转移到铁氟龙内衬的不锈钢高压釜内,然后在200-300℃下持续加热反应20-30h,得到具有分层三维结构的1T-MoS2/石墨烯复合材料。
本发明还公开了一种锂离子电池,其负极材料采用上述任一所述的1T-MoS2/石墨烯复合材料。
一种电池负极材料的制备方法,其将上述任一所述的1T-MoS2/石墨烯复合材料和乙炔黑以及羧基甲基化纤维素按质量比为1-8:1:1进行混合,然后溶于质量比为1:1-2.5的C2H5OH和H2O的溶液中,并持续搅拌后将混合物干燥,制得电池负极材料。
本发明采用以上技术方案,制备得到的类金属1T-MoS2/石墨烯复合材料具有高导电性和丰富的多层结构纳米通道,其作为锂/钠离子电池和锂/钠双离子电池的负极材料具有如下优点:
(1)金属相MoS2的高导电性大大的提高了电极的导电性,1T-MoS2和石墨烯之间的强耦合能够实现电极的快速电荷转移和良好的结构稳定性;
(2)1T-MoS2/石墨烯复合材料内部多孔结构为电解液离子的扩散提供了有利的环境;
(3)MoS2和石墨烯之间的紧密接触表面可以减少重新排列,并且可以有效缓冲显著的体积变化,从而即使在相对高的扫描速率下也能稳定循环。
(4)1T-MoS2/石墨烯复合负极材料表现出优异的电化学性能,即具有很高的可逆容量,超长的循环寿命、低电极电位和优异的库仑效率和倍率性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料制备过程示意图;
图2为本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料水热反应合成过程示意图;
图3为本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料的SEM照片;
图4为本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料的TEM照片;
图5为本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料作为负极材料的锂离子电池的电化学性能图,其中(A)图为在0.5mV/S扫描速率下的前三圈循环伏安曲线图;(B)图为在1A/g电流密度下恒电流充放电曲线;(C)图为1A/g电流密度下的循环曲线图;
图6为本发明提供的锂离子电池的倍率性能曲线图;
图7为本发明提供的锂离子电池在10A/g电流密度下的循环曲线图。
图8为本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料作为负极材料的钠离子电池的电化学性能图,其中(A)图在0.5mV/S扫描速率下的前三圈循环伏安曲线图;(B)图为在200mA/电流密度下恒电流充放电曲线;(C)图为在200mA/g电流密度下的循环曲线图;
图9为本发明提供的石墨和1T-MoS2/石墨烯复合材料分别作为正负极材料的锂双离子电池的电化学性能图,其中(A)图在0.5mV/S扫描速率下的前三圈循环伏安曲线图;(B)图为在1A/g电流密度下恒电流充放电曲线;(C)图为在不同电流密度下的循环曲线图;
图10为本发明提供的石墨和1T-MoS2/石墨烯复合材料分别作为正负极材料的钠双离子电池的电化学性能图,其中(A)图为在0.5mV/S扫描速率下的前三圈循环伏安曲线图;(B)图为在200mA/g电流密度下恒电流充放电曲线;(C)图为在不同电流密度下的循环曲线图;
图11为本发明提供的锂/钠双离子电池充放电过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供了一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池。所述1T-MoS2/石墨烯复合材料为原子级和界面良好的夹层状三层纳米结构;所述1T-MoS2/石墨烯复合材料为垂直堆叠的超薄二维层状石墨烯片/二维1T-MoS2分层异质材料。所述1T-MoS2/石墨烯复合材料作为锂/钠离子电池和锂/钠双离子电池负极材料具有很高的可逆容量,超长的循环寿命,优异的库仑效率和倍率性能。本发明水热反应过程机理,首先在反应初期,由于羧基和酚羟基的离子化,在水溶液中氧化石墨烯的表面通常带负电荷,所以由于静电排斥作用,Mo7o24 6-和Mo源很难在氧化石墨烯表面结合。因此Mo7o24 6-前驱液被过量的硫脲(CN2H4S)还原,形成多层的1T MoS2;同时将氧化石墨烯薄膜还原成还原氧化石墨烯(RGO)。因为片层之间相互作用的范德华力,使得MoS2更容易在石墨烯表面外延生长,所以在水热反应过程中形成了分层三维结构的1TMoS2/石墨烯复合材料。
如图1所示,本发明提供的1T-MoS2/石墨烯复合材料制备方法如下:
S01:制备氧化石墨烯;首先,将H2SO4和H3PO4按体积比5-10:1混合得到浓H2SO4/H3PO4混合液;将石墨粉和高锰酸钾(KMnO4)按质量比1:5-10均匀混合;然后将100-200mL浓H2SO4/H3PO4混合溶液加入石墨粉和KMnO4的混合物中;接着加热至40-80℃并持续搅拌下10-24h;再将反应溶液倒入100-300mL的冰水中,再往溶液中逐滴滴加30%双氧水,滴加到溶液颜色变为金黄色;接着将混合物在转速3000-5000rpm下离心20-60min,所得混合物用去离子水洗涤,并在乙醇中萃取;最后将萃取物冷冻干燥20-30h后得到氧化石墨烯(GO)。
S02:氧化石墨烯与钼酸铵混合处理;首先将钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)和硫脲(CN2H4S)按质量比为1:10-50进行均匀混合;然后加入10-30mL的水溶液混合;最后往混合液中加入20-50mgS01步骤得到的氧化石墨烯,搅拌混合直到溶液颜色变亮;
S03:水热反应;将步骤S02得到的悬浮液转移到铁氟龙内衬的不锈钢高压釜内,然后在200-300℃下持续加热反应20-30h,得到1T MoS2/石墨烯复合材料。其中,水热反应过程机理如图2所示,即首先在反应初期,由于羧基和酚羟基的离子化,在水溶液中氧化石墨烯的表面通常带负电荷,所以由于静电排斥作用,Mo7o24 6-和Mo源很难在氧化石墨烯表面结合。因此Mo7o24 6-前驱液被过量的硫脲(CN2H4S)还原,形成多层的1T MoS2;同时将氧化石墨烯薄膜还原成还原氧化石墨烯(RGO)。因为片层之间相互作用的范德华力,使得MoS2更容易在石墨烯表面外延生长,所以在水热反应过程中形成了分层三维结构的1TMoS2/石墨烯复合材料。
具体的本发明可以采用以下实施方法实施:
实施例1
制备氧化石墨烯:将H2SO4和H3PO4按体积比9:1进行混合得到浓H2SO4/H3PO4混合液;将1.5g石墨粉和9g高锰酸钾(KMnO4)均匀混合;然后将180mL浓H2SO4/H3PO4混合溶液加入石墨粉和KMnO4的混合物中;接着将混合物加热至50℃并持续搅拌下20h;再将反应溶液倒入200mL的冰水中,再往溶液中逐滴滴加30%双氧水,滴加到溶液颜色变为金黄色;接着将混合物在转速4000rpm下离心30min,所得混合物用去离子水洗涤,并在乙醇中萃取;最后将萃取物冷冻干燥24h后得到氧化石墨烯(GO)。
氧化石墨烯与钼酸铵混合处理:首先将60mg钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)和1.5g硫脲(CN2H4S)进行均匀混合;然后加入10mL的水溶液混合;最后往混合液中加入30mgS01步骤得到的氧化石墨烯,搅拌混合直到溶液颜色变亮;
水热反应:将步骤S02得到的悬浮液转移到铁氟龙内衬的不锈钢高压釜内,然后在240℃下持续加热反应24h,得到1TMoS2/石墨烯复合材料。
如图3和图4所示的1T-MoS2/石墨烯复合材料SEM和TEM照片可以看出还原氧化石墨烯(RGO)片材被几层MoS2覆盖,形成了良好的导电结构,且石墨烯纳米片的厚度约几纳米。
本发明还公开了一种电池制备:
首先制备电极材料,将1T-MoS2/石墨烯负极材料和乙炔黑以及羧基甲基化纤维素按质量比为8:1:1进行混合,然后溶于C2H5OH:H2O质量比为1:2.5的溶液中,并持续搅拌8小时。将混合物涂布用于薄铜箔,然后在65℃下在真空烘箱中干燥,将其作为电池负极材料;其中1T-MoS2/石墨烯负极活性材料的重量约为1.5mg/cm2;锂/钠离子电池的正极材料分别用锂片和钠片;锂/钠离子电池分别采用1M六氟磷酸锂和1M六氟磷酸钠溶于体积比为碳酸亚二酯:碳酸二甲酯=6:4(EC:DMC=6:4)作为电解液;并在氩气环境下(H2O<0.5ppm,O2<0.5ppm)的手套箱中组装成锂/钠离子半电池。
如图5锂离子电池电化学性能曲线图所示,从图5(A)的循环伏安曲线图可以看出锂离子电池的1T-MoS2/石墨烯电极的还原峰和氧化峰几乎都是可逆的,这主要是因为电极材料电导率的提高有效减少了电池内部电化学电阻。从图5(B)可以看到在1A/g的高电流密度下充放电循环,得到了1200mAh/g的超高放电容量和60%的初始库仑效率。从图5(C)可以看出在1A/g电流密度下循环600次仍有1100mAh/g的容量保持且每个充放电循环的库仑效率都接近100%,说明其循环稳定性能好。从图6所示的锂离子电池倍率性能曲线可以看出当电流密度从0.1A/g逐渐增加到10A/g时,每个电流密度下的充放电曲线都能稳定保持,且在10A/g的大电流密度下仍保持750mAh/g的可逆容量,相当于0.1A/g下的64%容量。而且当电流密度降到0.1A/g时电池容量迅速增加到约1150mAh/g,说明容量恢复良好,倍率性能佳。从图7可以看出电池即使是在10A/g的高电流密度下也表现出优异的循环稳定性能。
如图8钠离子电池电化学性能曲线图所示,从图8(A)的循环伏安曲线图可以看出第一个循环的伏安曲线在0.2V显示出主要剧减峰,而不存在2H-1T相变的0.6V的峰值,这进一步证明了本发明制备的MoS2是1T相的。从图8(B)可以看到在200mA/g电流密度下充放电循环,分别提供了800mAh/g和600mAh/g的充电和放电容量,之后的循环库仑效率迅速稳定在98%左右。从图8(C)可以看出在200mA/g电流密度下循环100次仍有480mAh/g的容量保持。
实施例2
制备氧化石墨烯:首先,将H2SO4和H3PO4按体积比9:1进行混合得到浓H2SO4/H3PO4混合液;将2g石墨粉和10g高锰酸钾(KMnO4)均匀混合;然后将180mL浓H2SO4/H3PO4混合溶液加入石墨粉和KMnO4的混合物中;接着将混合物加热至55℃并持续搅拌下22h;再将反应溶液倒入200mL的冰水中,再往溶液中逐滴滴加30%双氧水,滴加到溶液颜色变为金黄色;接着将混合物在转速4000rpm下离心60min,所得混合物用去离子水洗涤,并在乙醇中萃取;最后将萃取物冷冻干燥24h后得到氧化石墨烯(GO)。
氧化石墨烯与钼酸铵混合处理:首先将60mg钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)和2g硫脲(CN2H4S)进行均匀混合;然后加入15mL的水溶液混合;最后往混合液中加入35mgS01步骤得到的氧化石墨烯,搅拌混合直到溶液颜色变亮;
水热反应:将步骤S02得到的悬浮液转移到铁氟龙内衬的不锈钢高压釜内,然后在240℃下持续加热反应28h,得到1TMoS2/石墨烯复合材料。
锂/钠双离子电池制备:首先制备正负电极材料,将1T-MoS2/石墨烯负极材料(石墨正极材料):乙炔黑:羧基甲基化纤维素按质量比为8:1:1进行混合,然后溶于C2H5OH:H2O质量比为1:2.5的溶液中,并持续搅拌8小时。将混合物分别涂布用于1T-MoS2/石墨烯负极的薄铜箔和用于石墨正极的铝箔上,然后在65℃下在真空烘箱中干燥。其中1T-MoS2/石墨烯负极活性材料的重量约为1.5mg/cm2,正极石墨为3mg/cm2,锂/钠双离子电池分别采用1M六氟磷酸锂和1M六氟磷酸钠溶于体积比为碳酸亚二酯:碳酸二甲酯=6:4(EC:DMC=6:4)作为电解液,并在氩气环境下(H2O<0.5ppm,O2<0.5ppm)的手套箱中组装成锂/钠双离子电池。
从图9锂双离子电池电化学性能可以看出,在9(A)循环伏安曲线中明显看到充电过程中在3.25V附近出现峰值,而在放电过程中在约3.4V和4.4V出现另外两个峰值。9(B)的典型充放曲线显示锂双离子电池的充电和放电容量分别为500mAh/g和360mAh/g。9(C)电池倍率性能在各种电流密度进行,可以看出在200mA/g电流密度下提供了400mAh/g相对高的容量;而当电流密度提高到500mA/g时库仑效率达到90%左右。锂双离子电池在200,400,600,800和1000mA/g电流密度下分别提供了420,380,360,340和330mAh/g的容量,表现出优越的倍率性能。
从图10钠双离子电池电化学性能可以看出,在10(A)循环伏安曲线中明显看到充电过程中在3.25V附近出现峰值,而在放电过程中在约3.4V和4.4V出现另外两个峰值。9(B)的典型充放曲线显示锂双离子电池的充电和放电容量分别为500mAh/g和360mAh/g。9(C)电池倍率性能在各种电流密度进行,可以看出在200mA/g电流密度下提供了400mAh/g相对高的容量;而当电流密度提高到500mA/g时库仑效率达到90%左右。锂双离子电池在200,400,600,800和1000mA/g电流密度下分别提供了420,380,360,340和330mAh/g的容量,表现出优越的倍率性能。
本发明提供的类金属1T-MoS2/石墨烯复合材料具有高导电性和丰富的多层结构纳米通道,1TMoS2和石墨烯之间的强耦合能够实现电极的快速电荷转移和良好的结构稳定性;同时其内部多孔结构为电解液离子的扩散提供了有利的环境;另外MoS2和石墨烯之间的紧密接触表面可以减少重新排列,并且可以有效缓冲充放电过程显著的体积变化;其作为锂/钠离子电池和锂/钠双离子电池的负极材料,具有很高的可逆容量、超长的循环寿命、低电极电位和优异的库仑效率和倍率性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备氧化石墨烯;
将制备得到的氧化石墨烯与钼酸铵进行混合处理;
将混合物进行水热反应制备得到具有分层三维结构的1T-MoS2/石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于:所述制备氧化石墨烯具体包含步骤:将浓H2SO4和H3PO4进行混合;将石墨粉和KMnO4均匀混合;将100-200mL的浓H2SO4/H3PO4混合溶液加入石墨粉和KMnO4的混合物中;然后加热至40-80℃并持续搅拌下10-24h;再将反应溶液倒入100-300mL的冰水中,接着往溶液中逐滴滴加双氧水,直至溶液颜色变为金黄色;然后将混合物在转速3000-5000rpm下离心20-60min;将所得混合物用去离子水洗涤,并在乙醇中萃取;最后将萃取物冷冻干燥20-30h后得到氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于:所述浓H2SO4和H3PO4按照体积比5-10:1进行混合。
4.根据权利要求1所述的类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于:所述石墨粉和高锰酸钾安装质量比为1:5-10进行混合。
5.根据权利要求1所述的类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于:所述将制备得到的氧化石墨烯与钼酸铵进行混合处理具体为:首先将钼酸铵和硫脲进行均匀混合;然后再加入10-30mL的水溶液;最后往混合液中加入20-50mg氧化石墨烯,搅拌混合直至溶液颜色变亮。
6.根据权利要求1所述的类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于:所述钼酸铵和硫脲的质量比为1:10-50。
7.根据权利要求1所述的类金属石墨烯负极材料的制备方法,其特征在于:所述将混合物进行水热反应具体为:将混合物转移到铁氟龙内衬的不锈钢高压釜内,然后在200-300℃下持续加热反应20-30h,得到具有分层三维结构的1T-MoS2/石墨烯复合材料。
8.一种电池,其特征在于:其负极材料采用包括权利要求1-7任一所述的1T-MoS2/石墨烯复合材料。
9.一种电池负极材料的制备方法,其特征在于:其将权利要求1-7任一所述的1T-MoS2/石墨烯复合材料和乙炔黑以及羧基甲基化纤维素按质量比为1-8:1:1进行混合,然后溶于质量比为1:1-2.5的C2H5OH和H2O的溶液中,并持续搅拌后将混合物干燥,制得电池负极材料。
CN201710295152.2A 2017-04-28 2017-04-28 一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池 Pending CN108807835A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710295152.2A CN108807835A (zh) 2017-04-28 2017-04-28 一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710295152.2A CN108807835A (zh) 2017-04-28 2017-04-28 一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108807835A true CN108807835A (zh) 2018-11-13

Family

ID=64069211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710295152.2A Pending CN108807835A (zh) 2017-04-28 2017-04-28 一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108807835A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109802107A (zh) * 2018-12-26 2019-05-24 辽宁工程技术大学 一种钠离子电池用多烯基复合负极材料的制备方法
CN110112380A (zh) * 2019-04-08 2019-08-09 新奥石墨烯技术有限公司 一种核壳式石墨烯-硅复合材料及其制备方法、电极材料及电池
CN111916707A (zh) * 2020-08-12 2020-11-10 陕西师范大学 一种石墨烯@二硒化钼@SnS异质界面复合材料的制备方法和应用
CN112850690A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 北京化工大学 石墨烯负载的双过渡金属硫化物复合材料的制备方法及储钠应用
CN113299893A (zh) * 2021-05-22 2021-08-24 信阳师范学院 一种二硫化钼@石墨炔复合材料、制备方法和应用
CN114324517A (zh) * 2021-12-08 2022-04-12 常州大学 一种用于检测过氧化氢的电极、电化学传感器及其检测方法
CN114505081A (zh) * 2022-03-10 2022-05-17 中国人民解放军国防科技大学 金属相层状二硫化钼/还原氧化石墨烯复合催化剂载体及其制备方法
CN114505081B (zh) * 2022-03-10 2024-07-09 中国人民解放军国防科技大学 金属相层状二硫化钼/还原氧化石墨烯复合催化剂载体及其制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142537A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种石墨烯/MoS2复合纳米材料锂离子电池电极及制备方法
CN102142539A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种容量高和循环稳定的电化学嵌脱镁离子电极及制备方法
CN102142541A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种高容量和循环性能稳定的锂离子电池电极及制备方法
CN102142548A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种石墨烯与MoS2的复合纳米材料及其制备方法
CN102142551A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种石墨烯纳米片/MoS2复合纳米材料及其合成方法
CN102683647A (zh) * 2012-06-08 2012-09-19 浙江大学 锂离子电池类石墨烯MoS2/石墨烯复合电极的制备方法
CN103904334A (zh) * 2014-04-09 2014-07-02 东南大学 一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
CN104495937A (zh) * 2014-12-31 2015-04-08 中国地质大学(武汉) 一种碳掺杂的二硫化钼纳米材料的制备方法
CN104826582A (zh) * 2015-04-04 2015-08-12 绥化学院 一种石墨烯-介孔二氧化硅气凝胶的制备方法
US20160181596A1 (en) * 2013-08-05 2016-06-23 Kansas State University Research Foundation ROBUST MoS2/GRAPHENE COMPOSITE ELECTRODES FOR NA+ BATTERY APPLICATIONS

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142537A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种石墨烯/MoS2复合纳米材料锂离子电池电极及制备方法
CN102142539A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种容量高和循环稳定的电化学嵌脱镁离子电极及制备方法
CN102142541A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种高容量和循环性能稳定的锂离子电池电极及制备方法
CN102142548A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种石墨烯与MoS2的复合纳米材料及其制备方法
CN102142551A (zh) * 2011-02-25 2011-08-03 浙江大学 一种石墨烯纳米片/MoS2复合纳米材料及其合成方法
CN102683647A (zh) * 2012-06-08 2012-09-19 浙江大学 锂离子电池类石墨烯MoS2/石墨烯复合电极的制备方法
US20160181596A1 (en) * 2013-08-05 2016-06-23 Kansas State University Research Foundation ROBUST MoS2/GRAPHENE COMPOSITE ELECTRODES FOR NA+ BATTERY APPLICATIONS
CN103904334A (zh) * 2014-04-09 2014-07-02 东南大学 一种二硫化钼/石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
CN104495937A (zh) * 2014-12-31 2015-04-08 中国地质大学(武汉) 一种碳掺杂的二硫化钼纳米材料的制备方法
CN104826582A (zh) * 2015-04-04 2015-08-12 绥化学院 一种石墨烯-介孔二氧化硅气凝胶的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘琴: "稳定金属相1T-MS2(M=Mo/W)的液相合成及光电催化性能的研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
常焜: "类石墨烯过渡金属硫化物/石墨烯复合纳米材料的合成及其电化学储锂性能的研究", 《万方学位论文数据库》 *
康越: "基于氧化石墨烯的 B-C-N-O 杂化材料研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109802107A (zh) * 2018-12-26 2019-05-24 辽宁工程技术大学 一种钠离子电池用多烯基复合负极材料的制备方法
CN109802107B (zh) * 2018-12-26 2021-11-30 辽宁工程技术大学 一种钠离子电池用多烯基复合负极材料的制备方法
CN110112380A (zh) * 2019-04-08 2019-08-09 新奥石墨烯技术有限公司 一种核壳式石墨烯-硅复合材料及其制备方法、电极材料及电池
CN110112380B (zh) * 2019-04-08 2021-09-14 新奥石墨烯技术有限公司 一种核壳式石墨烯-硅复合材料及其制备方法、电极材料及电池
CN111916707A (zh) * 2020-08-12 2020-11-10 陕西师范大学 一种石墨烯@二硒化钼@SnS异质界面复合材料的制备方法和应用
CN112850690A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 北京化工大学 石墨烯负载的双过渡金属硫化物复合材料的制备方法及储钠应用
CN113299893A (zh) * 2021-05-22 2021-08-24 信阳师范学院 一种二硫化钼@石墨炔复合材料、制备方法和应用
CN114324517A (zh) * 2021-12-08 2022-04-12 常州大学 一种用于检测过氧化氢的电极、电化学传感器及其检测方法
CN114505081A (zh) * 2022-03-10 2022-05-17 中国人民解放军国防科技大学 金属相层状二硫化钼/还原氧化石墨烯复合催化剂载体及其制备方法
CN114505081B (zh) * 2022-03-10 2024-07-09 中国人民解放军国防科技大学 金属相层状二硫化钼/还原氧化石墨烯复合催化剂载体及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108807835A (zh) 一种类金属石墨烯负极材料的制备方法及电池
CN105742635B (zh) 一种二氧化锡/石墨烯/碳复合材料及其制备方法
CN104009252B (zh) 一种钠离子电池及其制备方法
CN105870452A (zh) 一种正极材料,含有该正极材料的锂离子电池及制备方法
CN108269978B (zh) 量子点/碳管载硫复合正极材料及其制备方法与应用
CN104600315A (zh) 一种片状MoS2/石墨烯复合气凝胶及其制备方法
CN106558729B (zh) 一种石墨烯作为正极浆料导电剂的锂离子电池
CN103165874A (zh) 一种锂离子电池多孔硅负极材料及其制备方法和用途
CN102104140A (zh) 动力电池电极及其制备方法
CN105742695B (zh) 一种锂离子电池及其制备方法
CN109273760A (zh) 一种带有固态电解质层的锂离子电池电极片及涂布方法
CN108922788A (zh) 一种PEDOT@Na3(VOPO4)2F复合材料、其制备方法及其应用
CN103872330A (zh) 一种锂离子电池负极材料及制备方法
CN107902633A (zh) 一种硒化黄铁矿材料及其制备的电池
CN105609769A (zh) 一种多级结构二硫化钼微球锂电池负极材料的制备方法
CN108923060A (zh) 一种界面修饰的固态锂电池及制备方法
CN113903980A (zh) 锂离子电池
CN110416501B (zh) 一种静电自组装三维花状二硫化钴/rGO复合材料及其制备方法和应用
CN104779395B (zh) 一种三维导电网络结构的磷酸铁锂正极材料及其制备方法
Fang et al. MoS2/G interlayer as a polysulfide immobilization apparatus for high-performance lithium–sulfur batteries
CN108878893A (zh) 一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法
CN111326721B (zh) 一种复合负极预嵌锂材料的制备方法
CN111115618A (zh) 一种石墨烯/碳/氧化锡纳米复合材料及其制备方法和应用
CN108923027B (zh) 一种有机酸修饰的Si/TiO2/rGO@C锂离子电池负极材料及其制备方法与应用
CN110061220A (zh) 一种FeOOH/石墨烯活性材料及其制备方法、锂硫电池正极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181113

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication