一种沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料及其制备方法和应用

本发明属于新能源材料制备，具体涉及一种沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前锂离子电池负极主要采用球形石墨，其理论比容量为372mah g-1，由于理论比容量的限制，如果要进一步提升电池能量密度就必须与其它高比容量材料进行复合。二硫化钼材料具有很高的理论比容量(670mah g-1)，高的电导率和优异的循环稳定性，将其与石墨进行复合可以为未来高性能锂离子电池负极材料开发提供有力支撑。然而，二硫化钼易团聚，如果不能实现均匀分散，则会起到相反的效果。

2、在球形石墨表面进行改性处理，比如引入多孔碳材料，然后采用相关技术使二硫化钼生长在多孔碳材料中可以实现二硫化钼的有效分散、提升材料的电化学性能。从产业化角度看，沥青具有来源广泛、热解过程中碳产率高等优点，如果采用沥青对球形石墨进行包覆，则会极大的降低生产成本，然而，沥青中多环芳烃的共轭作用，热解过程中沥青容易堆积团聚，不利于在球形石墨表面完整包覆，更不利于形成多孔网络结构。另外，球形石墨表面疏水性较强，即使将其与沥青直接煅烧，其表面张力也不足以使沥青对其完全浸润，因此材料包覆的均匀性问题始终难以解决。

3、针对二硫化钼与球形石墨复合制备高性能锂离子电池负极材料时，二硫化钼易团聚、多孔碳材料改性较难、沥青包覆易堆积团聚、表面难以完全浸润以及材料包覆均匀性难以控制的问题，急需找到新的改性方法和包覆技术，以实现二硫化钼在石墨中的均匀分散和高效利用。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料及其制备方法和应用，以解决锂离子电池负极材料中，二硫化钼与球形石墨复合时易团聚、包覆不均匀以及电化学性能提升受限的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将球形石墨进行氧化处理，获得第一前驱体；

5、s2：将沥青、造孔剂和步骤s1得到的第一前驱体球磨混合，获得第二前驱体；

6、s3：将步骤s2得到的第二前驱体煅烧后，获得第三前驱体；

7、s4：将步骤s3得到的第三前驱体浸入钼酸钠和硫脲混合水溶液中，进行水热反应，经过滤，干燥，获得沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料。

8、优选地，步骤s1中，氧化处理的气氛为空气或氧气；氧化处理的温度为200～400℃；氧化处理的时间为2-8h。

9、优选地，步骤s2中，第一前驱体：沥青：造孔剂的质量比为100：(5～15)：(2～10)。

10、优选地，步骤s2中，造孔剂为氯化锌、碳酸钠和氯化钠中的至少一种。

11、优选地，步骤s2中，球磨的转速为200～500rpm；球料比为(10-40)：1；球磨的时间为0.5-2h。

12、优选地，步骤s3中，煅烧的温度为800～1200℃；煅烧的时间为1～3h；煅烧气氛为氮气或氩气。

13、优选地，步骤s4中，钼酸钠和硫脲混合水溶液中，钼酸钠和硫脲的摩尔比为1:2；第三前驱体和钼酸钠的质量比为100：(5～20)；第三前驱体：溶液总体积的用量比为1g:(5～20)ml。

14、优选地，步骤s4中，水热反应的温度为160～220℃；水热反应的时间为5～12h。

15、本发明还公开了上述制备方法制得的沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料。

16、本发明还公开了上述制备方法制得的沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明公开了一种沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料的制备方法，首先将球形石墨进行氧化处理，提高其表面粗糙度和对沥青的浸润性，使得沥青能够更均匀地包覆在石墨表面。然后采用球磨方式使其与沥青均匀分散，避免了传统方法中沥青因表面张力不足而导致的包覆不均匀问题。通过加入造孔剂确保煅烧过程中球形石墨表面生成多孔碳材料包覆体，这些多孔结构不仅为二硫化钼的生长提供了丰富的位点，还促进了二硫化钼在石墨表面的均匀分散，有效防止了二硫化钼的团聚现象，从而提高了复合材料的整体电化学性能。为进一步提升球形石墨的性能，采用浸渍工艺和水热法在多孔碳材料中生长二硫化钼，二硫化钼在高导电性的多孔碳材料中生长，其高理论比容量得以充分发挥，与球形石墨形成互补，显著提升了负极材料的整体容量。同时，多孔碳材料和沥青包覆层共同作用，提高了材料的电子传输效率和离子扩散速率，改善了电池的倍率性能和循环稳定性。同时，水热过程还可以去除球形石墨氧化过程中生成的羟基、羧基等官能团，最终使材料的容量、稳定性得到极大的改善。本发明公开的制备方法获得的沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料可以解决石墨负极面临的比容量低、循环不稳定的问题，得到容量高、循环性能优异的负极材料。

19、本发明还公开了上述制备方法制得的沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料，具有高比容量与能量密度，能够存储更多的电能，从而提升电池的整体能量密度。沥青包覆层和多孔碳材料的结合，为石墨负极提供了额外的保护屏障，有效减少了充放电过程中石墨的体积变化，防止了结构破坏和粉化现象的发生。同时，二硫化钼本身也具有良好的结构稳定性，能够在多次充放电循环中保持较高的容量保持率。多孔碳材料和多硫化钼的引入，改善了锂离子的传输路径，提高了材料的离子电导率。这使得电池能够更快地吸收和释放锂离子，从而提升了电池的快充性能，满足了现代电子设备对快速充电的需求。沥青包覆层有助于稳定负极材料的结构，减少了因过充或过放引起的内部应力变化，从而降低了电池因过充或过放而损坏的风险。这提高了电池的安全性能，延长了电池的使用寿命。沥青包覆层能够防止电解液与石墨负极的直接接触，减少了电解液在石墨表面的共嵌入现象，从而降低了石墨的不可逆容量损失。这有助于提高电池的循环效率和能量利用效率。沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料在比容量、循环稳定性、快充性能、安全性能以及成本等方面均展现出显著的优势，为锂离子电池性能的提升提供了新的解决方案。

20、本发明还公开了上述制备方法制得的沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料在制备锂离子电池负极材料中的应用，二硫化钼的引入为负极材料带来了额外的比容量贡献。其高理论比容量使得复合材料的整体比容量得到显著提升，从而提高了锂离子电池的能量密度。多孔碳材料的存在不仅为锂离子的嵌入和脱嵌提供了更多的活性位点，还缩短了锂离子的传输路径，进一步提高了电池的能量密度。沥青包覆层和多孔碳材料的协同作用有效减少了石墨负极在充放电过程中的体积变化，防止了结构破坏和粉化现象的发生，从而提高了电池的循环稳定性。多孔碳材料和多硫化钼的引入提高了负极材料的离子电导率，使得电池能够更快地吸收和释放锂离子，从而改善了电池的快充性能。快充过程中，负极材料容易发生极化现象导致充电效率下降。而沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料能够有效降低极化现象的发生，提高快充效率。二硫化钼和沥青在高温下均能保持较好的稳定性，这有助于提升电池在高温环境下的安全性。沥青协同二硫化钼改性球形石墨负极材料的制备工艺相对简便易行，适合大规模工业化生产，有助于提高生产效率并降低生产成本。