[發明專利]二硒化釩/碳基復合材料、制備方法及鋰離子電池負電極

有效

• 申請號: 201410259717.8
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104051733A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 栗歡歡;王亞平;陳龍;江浩斌;錢彬彬;張麗麗;劉宗濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其是一種二硒化釩/碳基復合材料、制備方法及鋰離子電池負電極。

背景技術

近年來，隨著混合動力汽車、純電動汽車等新能源汽車的快速發展，鋰離子電池面臨著越來越大的挑戰。開發高比容量、高功率、長循環壽命和低成本鋰離子電池成為其發展的必然方向。電極材料是鋰離子電池體系的核心，其中負極材料是提高鋰離子電池能量密度及循環壽命的重要因素。目前，商業化使用的負極材料大多為石墨負極材料。該類負極材料具有良好的充放電平臺和結構穩定性，但其實際放電比容量(約為330毫安時/克)已接近其理論值(372毫安時/克)，無法滿足新一代鋰離子電池的需求。因此，開發、設計新型高容量的負極材料迫在眉睫。在尋找新型負極材料的過程中，一些金屬二硫化物(MS₂)如MoS₂、WS₂等引起了研究者們的廣泛關注。這類材料具有層狀結構：金屬原子層位于上下兩層S原子之間，金屬與S原子通過共價鍵連接，而S層與S層之間通過微弱的范德華力連接。早期的研究認為，這種與石墨類似的層狀結構有利于Li⁺的快速嵌入脫出，因而可以作為鋰離子電池電極材料。之后，研究者們對這類材料進行深度放電，發現其具有很高的首次放電比容量(高于1000毫安時/克)和循環比容量(高于600毫安時/克)，這引起了各國研究人員的極大興趣。金屬二硒化物如MoSe₂、VSe₂、SnSe₂等具有和層狀二硫化物類似的結構。因此，這類材料也與層狀二硫化物一樣，有潛在的作為鋰離子電池負極材料的可能性，但這方面的研究目前還非常少

發明內容

針對現有動力鋰離子電池負極材料中存在的一些問題，本發明提出一種用于制備動力鋰離子電池負極材料、且充放電容量高、循環性能好的二硒化釩/碳基復合材料及其制備方法，同時還提供了一種由所述二硒化釩/碳基復合材料制成的鋰離子電池負電極。

二硒化釩/碳基復合材料，其特征在于，所述二硒化釩為六方晶系，兩層Se層之間通過范德華力連接，V金屬原子層位于兩層Se原子之間，V原子與Se原子通過共價鍵連接；二硒化釩顆粒沉積在碳基材料上，或者二硒化釩顆粒的表面至少部分被碳基材料包覆，形成類核殼結構的二硒化釩/碳顆粒，且二硒化釩/碳顆粒之間有碳網相連。

二硒化釩/碳基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)按摩爾比為(1～2):(1～2):(1～2)稱取硒源、金屬釩源、還原劑，添加表面活性劑，然后溶解在蒸餾水中，形成釩離子濃度為0.01mol/L-0.1mol/L的溶液，最后加入碳源，控制最終產物中碳的含量為3～10wt％；

(2)將步驟(1)所得混合物轉移到高壓反應釜內，于100～220℃加熱10～72小時，自然冷卻，得黑色的產品，進行離心、洗滌，于50～120℃真空干燥，得到二硒化物/碳基復合材料。

優選地，所述硒源為Na₂SeO₃或SeO₂，所述金屬釩源為Na₃VO₄或NH₄VO₃，所述還原劑為甲酸、硼氫化鈉、水合肼中的一種。

優選地，所述碳源為無機碳源，為乙炔黑、導電炭黑super?P、多孔導電碳黑Ketjenblack?EC600JD、微孔超導碳黑BP2000、碳納米纖維、有序介孔碳、多孔碳、氧化石墨烯、石墨烯中的一種。

優選地，所述碳源為有機碳源，為檸檬酸、月桂酸、蔗糖、葡萄糖和聚乙烯醇中的一種或多種。

優選地，所述表面活性劑為聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯兩親嵌段共聚物中的一種。

由所述二硒化釩/碳基復合材料制成的鋰離子電池負電極，其特征在于，包括集流體，以及附著在集流體上由二硒化釩/碳基復合材料、導電劑、粘結劑按(7～9):(0.5～3)：(0.5～3)質量比經均勻混合粘結而成的膜。

優選地，所述粘結劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠及羧甲基纖維素鈉中的一種。

優選地，所述膜的厚度為50～300μm。

優選地，所述集流體為銅箔、泡沫銅、泡沫鎳的一種，所述的導電劑為乙炔黑、碳黑、科琴黑、石墨、碳纖維中的一種或幾種。