一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料

摘要

本发明涉及锂离子电池负极技术领域，尤其涉及一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：S1、取乙酰丙酮钼0.3～0.7mmol溶于10mL无水乙醇，充分搅拌后配制成溶液A；S2、取邻啡啰啉0.4～0.6mmol溶于10mL无水乙醇，配制成溶液B；本发明方以乙酰丙酮钼、邻啡啰啉为原料，通过溶剂热法和后续的煅烧法合成出了MoSe2/NC亚微米球复合材料。该方法所得产品相比于同类产品，方法简单，重复性高，MoSe2分散度高，层数少，循环稳定性好。

权利要求

1.一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料，其特征在于，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：S1、取乙酰丙酮钼0.3～0.7mmol溶于10 mL 无水乙醇，充分搅拌后配制成溶液A；

S2、取邻啡啰啉0.4～0.6 mmol溶于10 mL 无水乙醇，配制成溶液B；

S3、在剧烈搅拌的条件下往溶液A中逐滴加入溶液B，所述滴加速度为10～60滴/min，所述滴加过程中温度为20～40℃，待滴加完成后生成钼金属有机配合物前驱体分散液；

S4、而后再在剧烈搅拌的条件下逐滴加入由1.5～2.5mmol硒粉和10mL水合肼配制成的溶液C，所述滴加速度为20～60滴/min，所述滴加过程中温度为20～50℃，滴加完成后将上述产物转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后于155～165℃下进行溶剂热反应18～32h，将所得沉淀通过离心和乙醇反复清洗3～5次后烘干，随后转移至含有H2/Ar混合气氛的管式炉中于630～660℃下煅烧1.5～2.5h；

S5、在经过溶剂热和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为MoSe2，而有机组分原位地转化成氮掺杂碳，最终生成MoSe2/NC亚微米球复合物材料。

2.根据权利要求1所述的一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料，其特征在于，所述复合物材料为产物为直径80～120纳米的实心球，实心球表面有片状物质。

说明书

一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子电池负极技术领域，尤其涉及一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料。

背景技术

[0002] MoSe2作为一种典型的二维材料，具有特殊的Se～Mo～Se三明治层状结构，层内部以共价键连接，层间以范德华力相互吸引，与石墨具有相似的结构。相比石墨而言，MoSe2层间距更大(约0.65nm)，非常适合离子的嵌入和脱出，被视为一种极具前景的储锂材料。但是， MoSe2本身导电性较差，从而影响大倍率性能，加之在嵌/脱锂过程中会发生体积变化，使得MoSe2从集流体上脱落，导致容量的快速衰减。同类产品通常通过构筑多孔结构、超薄纳米层状结构和碳复合结构等来改善MoSe2的电化学性能，但合成工艺相对复杂，重复性不高。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0005] 一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：

[0006] S1、取乙酰丙酮钼0.3～0.7mmol溶于10mL无水乙醇，充分搅拌后配制成溶液A；

[0007] S2、取邻啡啰啉0.4～0.6mmol溶于10mL无水乙醇，配制成溶液B；

[0008] S3、在剧烈搅拌的条件下往溶液A中逐滴加入溶液B，待滴加完成后生成钼金属有机配合物前驱体分散液；

[0009] S4、而后再在剧烈搅拌的条件下逐滴加入由1.5～2.5mmol硒粉和10mL水合肼配制成的溶液C，滴加完成后将上述产物转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后于155～165℃下进行溶剂热反应18～32h，将所得沉淀通过离心和乙醇清反复洗3～5次后烘干，随后转移至含有H2/Ar混合气氛的管式炉中于630～660℃下煅烧1.5～2.5h；

[0010] S5、在经过溶剂热和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为MoSe2，而有机组分原位地转化成氮掺杂碳，最终生成 MoSe2/NC亚微米球复合物材料。

[0011] 优选的，所述S3中，滴加速度为10～60滴/min；所述S4中，滴加速度为20～60滴/min。

[0012] 优选的，所述S3中，滴加过程中温度为20～40℃；所述S4中，滴加过程中温度为20～50℃。

[0013] 优选的，所述复合物材料为产物为直径80～120纳米的实心球，实心球表面有片状物质。

[0014] 本发明的有益效果是：本发明方以乙酰丙酮钼、邻啡啰啉为原料，通过溶剂热法和后续的煅烧法合成出了MoSe2/NC复合材料。该方法所得产品相比于同类产品，方法简单，重复性高，MoSe2分散度高，层数少，循环稳定性好。

附图说明

[0015] 图1为本发明提出的MoSe2/NC亚微米球复合物材料的X射线粉末衍射图谱；

[0016] 图2为本发明提出的MoSe2/NC亚微米球复合物材料的透射电镜照片；

[0017] 图3为本发明提出的MoSe2/NC亚微米球复合物材料的高分辨透射电镜照片；

[0018] 图4为本发明提出的MoSe2/NC亚微米球复合物材料的元素分布图；

[0019] 图5为本发明提出的MoSe2/NC亚微米球复合物材料在5A/g电流密度下的循环性能图。

具体实施方式

[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0021] 实施例1中，一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC亚微米球复合物材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：

[0022] S1、取乙酰丙酮钼0.3mmol溶于10mL无水乙醇，充分搅拌后配制成溶液A；

[0023] S2、取邻啡啰啉0.4mmol溶于10mL无水乙醇，配制成溶液B；

[0024] S3、在剧烈搅拌的条件下往溶液A中逐滴加入溶液B，待滴加完成后生成钼金属有机配合物前驱体分散液；

[0025] S4、而后再在剧烈搅拌的条件下逐滴加入由1.5mmol硒粉和10mL 水合肼配制成的溶液C，滴加完成后将上述产物转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后于155℃下进行溶剂热反应18h，将所得沉淀通过离心和乙醇清反复洗3次后烘干，随后转移至含有H2/Ar混合气氛的管式炉中于630℃下煅烧1.5h；

[0026] S5、在经过溶剂热和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为MoSe2，而有机组分原位地转化成氮掺杂碳，MoSe2/NC 亚微米球复合物材料。

[0027] 进一步的，所述S3中，滴加速度为10滴/min；所述S4中，滴加速度为20滴/min。

[0028] 进一步的，所述S3中，滴加过程中温度为20℃；所述S4中，滴加过程中温度为20℃。

[0029] 进一步的，所述S4中，H2与Ar的体积比为5:95。

[0030] 进一步的，所述复合物材料为产物为直径80～120纳米的实心球，实心球表面有片状物质。

[0031] 进一步的，将所得MoSe2/NC亚微米球复合物材料与乙炔黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合研磨后分散于水中，然后均匀地涂在铜箔上做工作电极。

[0032] 实施例2中，实施例1中，一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC 亚微米球复合物材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：

[0033] S1、取乙酰丙酮钼0.7mmol溶于10mL无水乙醇，充分搅拌后配制成溶液A；

[0034] S2、取邻啡啰啉0.6mmol溶于10mL无水乙醇，配制成溶液B；

[0035] S3、在剧烈搅拌的条件下往溶液A中逐滴加入溶液B，待滴加完成后生成钼金属有机配合物前驱体分散液；

[0036] S4、而后再在剧烈搅拌的条件下逐滴加入由2.5mmol硒粉和10mL 水合肼配制成的溶液C，滴加完成后将上述产物转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后于165℃下进行溶剂热反应32h，将所得沉淀通过离心和乙醇清反复洗5次后烘干，随后转移至含有H2/Ar混合气氛的管式炉中于660℃下煅烧2.5h；

[0037] S5、在经过溶剂热和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为MoSe2，而有机组分原位地转化成氮掺杂碳，MoSe2/NC 亚微米球复合物材料。

[0038] 进一步的，所述S3中，滴加速度为60滴/min；所述S4中，滴加速度为60滴/min。

[0039] 进一步的，所述S3中，滴加过程中温度为40℃；所述S4中，滴加过程中温度为50℃。

[0040] 进一步的，所述S4中，H2与Ar的体积比为5:95。

[0041] 进一步的，所述复合物材料为产物为直径80～120纳米的实心球，实心球表面有片状物质。

[0042] 将所得MoSe2/NC亚微米球复合物材料与乙炔黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合研磨后分散于水中，然后均匀地涂在铜箔上做工作电极。

[0043] 实施例3中，实施例1中，一种用作锂离子电池负极的MoSe2/NC 亚微米球复合物材料，该复合物材料的制备方法包括以下步骤：

[0044] S1、取乙酰丙酮钼0.5mmol溶于10mL无水乙醇，充分搅拌后配制成溶液A；

[0045] S2、取邻啡啰啉0.5mmol溶于10mL无水乙醇，配制成溶液B；

[0046] S3、在剧烈搅拌的条件下往溶液A中逐滴加入溶液B，待滴加完成后生成钼金属有机配合物前驱体分散液；

[0047] S4、而后再在剧烈搅拌的条件下逐滴加入由2mmol硒粉和10mL 水合肼配制成的溶液C，滴加完成后将上述产物转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后于160℃下进行溶剂热反应24h，将所得沉淀通过离心和乙醇清反复洗3次后烘干，随后转移至含有H2/Ar混合气氛的管式炉中于650℃下煅烧2h；

[0048] S5、在经过溶剂热和煅烧反应后，前驱体分散液中的Mo元素被原位地硒化为MoSe2，而有机组分原位地转化成氮掺杂碳，MoSe2/NC 亚微米球复合物材料。

[0049] 进一步的，所述S3中，滴加速度为10～60滴/min；所述S4中，滴加速度为20～60滴/min。

[0050] 进一步的，所述S3中，滴加过程中温度为30℃；所述S4中，滴加过程中温度为30℃。

[0051] 进一步的，所述S4中，H2与Ar的体积比为5:95。

[0052] 进一步的，所述复合物材料为产物为直径80～120纳米的实心球，实心球表面有片状物质。

[0053] 进一步的，将所得MoSe2/NC亚微米球复合物材料与乙炔黑、海藻酸钠按质量比7:2:1混合研磨后分散于水中，然后均匀地涂在铜箔上做工作电极。

[0054] 下面以实施例3作为代表，进行表征：

[0055] 图1为制得的MoSe2/NC亚微米球复合材料的X射线粉末衍射图，其峰位置与纯MoSe2标准谱相吻合，证明MoSe2/NC亚微米球复合物中存在MoSe2。此外，可以发现MoSe2/NC复合物的峰强度较低，说明 MoSe2/NC亚微米球复合物中MoSe2结晶度较低，粒子较小，这是由于碳的存在限制了MoSe2晶粒的生长。值得一提的是，位于13.7°左右对应MoSe2(002)晶面的衍射信号显著减弱，几乎消失，且显著地向低角度偏移，表明所样品的堆积层数较少，且出现层间距增大的情况，这样的结构有利于充分暴露储锂位点，提升比容量。

[0056] 图2为所得产物的透射电镜照片，可以看出所得产物为直径100 纳米左右的实心球，实心球表面有少量片状物质。

[0057] 图3为MoSe2/NC对其中一个亚微米球的高分辨透射电镜照片，可以观察到大量层状MoSe2的(002)晶面，均匀地分布于整个亚微米球，且MoSe2的层数较少，大多为不超过5层，与图1结果相吻合。

[0058] 图4为MoSe2/NC的元素分布图，由图可以发现样品中Mo、Se、C、 N四种元素均匀地分布于亚微米球，C和N元素的存在表明有氮掺杂碳的生成。几种元素的均匀分布表明MoSe2纳米片均匀地分散于氮掺杂碳构成的骨架上。

[0059] 将所得MoSe2/NC亚微米球复合物与乙炔黑、海藻酸钠按质量比 7:2:1混合研磨后分散于水中，然后均匀地涂在铜箔上做工作电极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质为1M LiPF6的EC+DMC+EMC(体积比：EC/DMC/EMC＝1/1/1)溶液，以Clegard 2500微孔膜为隔膜，以CR2025型扣式电池作为测试载体(所有组装均在具有惰性气氛保护的手套箱中进行)。图5为其在5A/g的大电流密度下的循环性能图(前10次循环在0.5A/g条件下进行活化)，在循环中容量未见衰减，在循环200次之后仍能展现出476mAh/g的储锂容量，可见 MoSe2/NC亚微米球复合物展现出较高的可逆容量和良好的循环稳定性。

[0060] 实施例1‑3中，本发明MoO2(acac)(phen)金属有机配合物前驱体组分确定，组分不随原料乙酰丙酮钼和邻啡啰啉之间的投入量而变化，所以在投料时由较大的容错率，可重复性高，工艺简单。在经过溶剂热和煅烧反应后，MoO2(acac)(phen)中的Mo元素被硒化为MoSe2，而有机组分转化成半石墨化碳(C)，这两者均是原位转化，可形成 MoSe2与NC的包覆结构，可有效地抑制MoSe2在充放电过程中的体积变化，提升循环寿命。此外，本发明所得样品中的MoSe2粒子小、层数少、分布均匀，有利于暴露活性位点，提升可逆容量。氮掺杂碳的存在有利于提升导电性，从而提高大电流性能。

[0061] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。