本发明涉及锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种硫钼化钴负载mxene材料及其制备方法。
背景技术：
随着能源危机和环境污染等问题的日益突出，开发可持续发展能源，建设低碳社会成为当务之急，锂离子电池作为一种新型高能绿色电池备受关注。锂离子电池首先由日本索尼公司在1990年研制成功并实现商品化，它是在二次锂电池的基础上发展起来的，它既保存了锂电池高电压、高容量的主要优点，又具有循环寿命长、安全性能好的显著特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面展示了广阔的应用前景。
锂离子电池的负极是由负极活性物质、粘合剂和添加剂制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥辊压而成。目前商业化的锂离子电池负极材料有两类。一类为碳材料，如天然石墨、人工合成石墨、中间相碳微球（mcmb）等。与天然石墨相比，mcmb电化学性能比较优越，主要原因是颗粒的外表面均为石墨结构的边缘面，反应活性均匀，易于形成稳定的sei膜，有利于锂的嵌入和嵌出。另一类是si负极、sn基合金，然而这类合金负极材料面临的问题是其高容量伴随着高体积的变化，随着体积膨胀带来的粉化问题。
技术实现要素：
本发明为解决现有锂电池负极材料不利于使用的技术问题，提供了一种硫钼化钴负载mxene材料及其制备方法。
本发明实施例提供了一种硫钼化钴负载mxene材料的制备方法，包括以下步骤：
s1、将钼盐加入可溶性钴盐水溶液和硫化剂水溶液中，搅拌均匀；
s2、加入单层mxene水溶液，搅拌均匀和超声处理后得到混合溶液；
s3、将所得混合溶液在100~300℃下水热反应，随炉冷却，抽滤后可得到固体；
s4、将所得固体进行冷冻干燥制得硫钼化钴负载mxene材料。
进一步地，所述钼盐包括钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵、钼酸锂、磷酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼、硫酸钼、醋酸钼、硝酸钼和二烷基二硫代磷酸钼中的一种或多种。
进一步地，所述可溶性钴盐水溶液中的可溶性钴盐包括丁烷酸钴、硫酸钴、丙酸钴、硝酸钴、硬脂酸钴、新癸酸钴、硼酰化钴、氯化钴、环烷酸钴和乙酸钴中的一种或多种。
进一步地，所述硫化剂水溶液中硫化剂包括硫化钠、硫化钾、硫代丙酸胺、硫代乙酰胺和l-半胱氨酸中的一种或多种。
进一步地，所述钼盐、可溶性钴盐、单层mxene水溶液与硫化剂水溶液中的硫化剂的质量比为（0.1~1.5）：（0.1~1.5）：（1~8）：1。
进一步地，溶性钴盐水溶液的浓度为0.05~0.5mol/l；所述硫化剂水溶液的浓度为0.05~0.5mol/l，所述单层mxene水溶液的浓度为0.05~1.0mol/l。
进一步地，步骤s1和s2中，搅拌时间为10~100min；步骤s4中，冷冻干燥时间为10~30h；冷冻干燥温度为-57~-29℃。
另一方面，本发明还提供一种硫钼化钴负载mxene材料，所述硫钼化钴负载mxene材料采用所述的制备方法制得。
本发明的有益效果是：本发明实施例制备的硫钼化钴负载mxene材料能有效提高电池的倍率性能和循环性能，而且前期还能有效抑制电池在充放电过程中的体积膨胀；减弱容量衰减的速率，提高库仑效应。这是由于的硫钼化钴负载mxene材料的显微结构为小球状和片状或棒状交替存在，片状、棒状镶嵌在球状周围，有效的提高离子的传导效应，其实质是以二硫化钴作为基体，将mxene材料和钼元素进行掺杂，从而有效抑制充放电过程中的体积效应，并且还能大幅度提高其倍率性能和循环性能。本发明制作方法简单、成本低、产量高，适合工业批量生产。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种硫钼化钴负载mxene材料的制备方法，包括以下步骤：
s1、将钼盐加入可溶性钴盐水溶液和硫化剂水溶液中，搅拌均匀；
s2、加入单层mxene水溶液，搅拌均匀和超声处理后得到混合溶液；
s3、将所得混合溶液在100~300℃下水热反应，随炉冷却，抽滤后可得到固体；
s4、将所得固体进行冷冻干燥制得硫钼化钴负载mxene材料。
该硫钼化钴负载mxene材料不仅进一步增大了电子的传输传导性能；而且在锂电池前期能有效的抑制充放电过程中的容量衰减，循环性能得到大幅度改善，稳定性进一步提升。
具体地，本发明的制备方法的具体步骤如下：
将可溶性钴盐和硫化剂分别溶解于去离子水中，分别得到溶液a和溶液b；将溶液b倒入溶液a中搅拌均匀后，得到溶液c；
将钼盐加入去离子水中溶解后，加入到溶液c中搅拌均匀后，得到溶液d；
将单层mxene水溶液倒入溶液d中，搅拌均匀后得到溶液e；
将溶液e超声后倒入不锈钢反应釜中，在100~300℃下水热反应15~30h随炉冷却后取出，抽滤后得到固体f；将固体f冷冻干燥后，即得到硫钼化钴负载mxene材料。
本发明中步骤中可溶性钴盐的质量和去离子水的体积比为（1~10）：1mg/ml；所述硫化剂的质量和去离子水的体积比为（5~35）：10mg/ml；所述锡盐的质量和去离子水的体积比为（5~25）：5mg/ml。
本发明实施例制备的硫钼化钴负载mxene材料能有效提高电池的倍率性能和循环性能，而且前期还能有效抑制电池在充放电过程中的体积膨胀；减弱容量衰减的速率，提高库仑效应。这是由于的硫钼化钴负载mxene材料的显微结构为小球状和片状或棒状交替存在，片状、棒状镶嵌在球状周围，有效的提高离子的传导效应，其实质是以二硫化钴作为基体，将mxene材料和钼元素进行掺杂，从而有效抑制充放电过程中的体积效应，并且还能大幅度提高其倍率性能和循环性能。本发明制作方法简单、成本低、产量高，适合工业批量生产。
在一个可选实施例，所述钼盐包括钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵、钼酸锂、磷酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼、硫酸钼、醋酸钼、硝酸钼和二烷基二硫代磷酸钼中的一种或多种。
进一步地，所述可溶性钴盐水溶液中的可溶性钴盐包括丁烷酸钴、硫酸钴、丙酸钴、硝酸钴、硬脂酸钴、新癸酸钴、硼酰化钴、氯化钴、环烷酸钴和乙酸钴中的一种或多种。
进一步地，所述硫化剂水溶液中硫化剂包括硫化钠、硫化钾、硫代丙酸胺、硫代乙酰胺和l-半胱氨酸中的一种或多种。
进一步地，所述钼盐、可溶性钴盐、单层mxene水溶液与硫化剂水溶液中的硫化剂的质量比为（0.1~1.5）：（0.1~1.5）：（1~8）：1。
进一步地，溶性钴盐水溶液的浓度为0.05~0.5mol/l；所述硫化剂水溶液的浓度为0.05~0.5mol/l，所述单层mxene水溶液的浓度为0.05~1.0mol/l。
进一步地，步骤s1和s2中，搅拌时间为10~100min；步骤s4中，冷冻干燥时间为10~30h；冷冻干燥温度为-57~-29℃。
另一方面，本发明还提供一种硫钼化钴负载mxene材料，所述硫钼化钴负载mxene材料采用所述的制备方法制得。
本发明实施例制备的硫钼化钴负载mxene材料能有效提高电池的倍率性能和循环性能，而且前期还能有效抑制电池在充放电过程中的体积膨胀；减弱容量衰减的速率，提高库仑效应。这是由于的硫钼化钴负载mxene材料的显微结构为小球状和片状或棒状交替存在，片状、棒状镶嵌在球状周围，有效的提高离子的传导效应，其实质是以二硫化钴作为基体，将mxene材料和钼元素进行掺杂，从而有效抑制充放电过程中的体积效应，并且还能大幅度提高其倍率性能和循环性能。本发明制作方法简单、成本低、产量高，适合工业批量生产。
具体实施例如下：
实施例1
1.将0.253g的六水cocl2加入10ml去离子水中，搅拌溶解得到粉色溶液，标记为溶液a；
2.将0.244g的l-半胱氨酸加入150ml去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液，标记为溶液b；
3.将溶液b加入到溶液a中搅拌13min，得到黄棕色溶液，标记为溶液c；
4.将2.235g的钼酸钠加入到20ml去离子水中，搅拌溶解完全后，再加入溶液c中，搅拌15min，得到土黄色溶液，标记为溶液d；
5.加入5.98gmxene水溶液到入溶液d中，搅拌23mim，得到黑色溶液，标记为溶液e；
6.将溶液e超声15min后倒入不锈钢反应釜中，随后置于加热炉中在210℃下水热反应24h后随炉冷却，抽滤4次后得到黑色固体f；
7.将固体f放入冷冻干燥机中干燥24h后，制得硫钼化钴负载mxene材料。
实施例2
1.将0.231g的六水cocl2加入装有10ml去离子水中，搅拌溶解得到粉色溶液，标记为溶液a；
2.将0.223g的l-半胱氨酸加入装有20ml去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液，标记为溶液b；
3.将溶液b倒入溶液a中搅拌20min后得到黄棕色溶液，标记为溶液c；
4.将2.228g的钼酸铵到入20ml去离子水中，搅拌溶解完全后，再加入溶液c中，搅拌13min，得到土黄色溶液，标记为溶液d；
5.将6.0g单层mxene水溶液加入溶液d中，搅拌15mim，得到黑色溶液，标记为溶液e；
6.将溶液e超声30min后倒入不锈钢反应釜中，随后置于加热炉中在200℃下水热反应26h后随炉冷却，抽滤5次后得到黑色固体f；
7.将固体f放入冷冻干燥机中干燥24h后，制得硫钼化钴负载mxene材料。
实施例3
1.将0.235g的六水cocl2加入装有15ml去离子水中，搅拌溶解得到粉色溶液，标记为溶液a；
2.将0.313g的l-半胱氨酸加入装有30ml去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液，标记为溶液b；
3.将溶液b倒入溶液a中搅拌10min后得到黄棕色溶液，标记为溶液c；
4.将0.328g的钼酸钠到入15ml去离子水中，搅拌溶解完全后，再加入溶液c中，搅拌20min，得到土黄色溶液，标记为溶液d；
5.将6.0g单层mxene水溶液加入溶液d中，搅拌20mim，得到黑色溶液，标记为溶液e；
6.将溶液e超声15min后倒入不锈钢反应釜中，随后置于加热炉中在200℃下水热反应20h后随炉冷却，抽滤8次后得到黑色固体f；
7.将固体f放入冷冻干燥机中干燥20h后，制得硫钼化钴负载mxene材料。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。