[發明專利]二維蜂窩狀碳納米片包覆1T′-ReS2

有效

• 申請號: 201910230254.5
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN110061204B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 趙乃勤;陳彪;馬麗穎;王新乾;劉華雄;沙軍威
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種二維蜂窩狀碳納米片包覆1T′?ReS₂作為鈉離子電池負極材料的制備方法，包括下列步驟：1)核殼結構的rGO@ReS₂納米片的制備：按照1:(0.8?1.2):(1?1.6):(2?3)的質量配比分別稱取石墨烯、十六烷基三甲基溴銨(CTAB)、高錸酸銨和硫脲，將氧化石墨烯和十六烷基三甲基溴銨(CTAB)加入到適量水中制成懸濁液，然后在懸濁液里加入高錸酸銨和硫脲，隨后在210?230℃下進行水熱反應，待樣品冷卻后，洗凈并烘干，再將烘干后的樣品煅燒制得核殼結構的rGO@ReS₂納米片。2)核殼結構rGO@ReS₂@N?C的制備。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池負極材料領域，具體涉及一種二維蜂窩狀碳納米片包覆1T′-ReS₂作為高倍率、長循環性能鈉離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

隨著能源危機及環境污染問題的加劇，開發太陽能、風能等清潔能源并對其進行有效的收集利用迫在眉睫。然而，這種能源具有間歇性產生的特點，這種現狀也就促使了低成本、高能量密度、可長周期循環使用的充電儲能器件的快速發展。尤其是鈉離子電池，作為鋰離子電池的一種最具前景的替代品，因其成本低、實用性強等優點而備受關注。但是Na⁺相較 Li⁺而言半徑越大，電化學動力就越慢，體積變化越大，可逆性也就越差。因此導致石墨作為鋰離子電池的商業負極材料，因其電化學動力學受到抑制，在鈉離子電池中很少使用。

近年來，過渡金屬雙硫族化合物由于具有獨特的化學性質，作為一種極具前景的鈉離子電池負極材料而備受關注。MoS₂作為一種典型的過渡金屬雙硫族化合物，因其具有常見穩定的2H相和較大層間間距的層狀結構，有利于Na⁺的嵌入和脫出，從而受到了大量的研究。然而，常見穩態MoS₂的電導率和Na⁺的擴散分別受到了半導體晶相和相鄰層間范德華相互作用的限制，從而導致電化學性能較差。為了解決以上問題，研究者們將目光轉向了1T-MoS₂，因其具有金屬晶體相和更小的層間范德華相互作用力而得到了廣泛的制備和報道。然而用一種簡單、低成本的方法制備具有極弱層間耦合的亞穩態1T-MoS₂仍然是一個巨大的挑戰。

幸運的是作為過渡金屬雙硫族化合物的新成員，ReS₂表現出穩定的扭曲1T相(1T′) 和極弱的層間范德華相互作用力，這些優點也使得ReS₂適用于鋰離子電池和鈉離子電池領域。盡管ReS₂納米片具有固有的結構優勢，但是在深入充放電過程中仍會發生再堆積和不可逆的結構變化，這會嚴重影響其在鈉離子電池中的應用。據我們所知，研究人員做了許多工作和研究來實現鈉離子電池中理想的ReS₂負極并提高其電化學性能，包括制備分層孔隙納米結構，或者將ReS₂錨定在碳材料表面形成復合材料。然而，這些工作由于缺乏對ReS₂結構的合理設計和Na⁺儲能行為的深入研究，目前這些報道的電化學性能尤其是在高的電流密度下的長周期循環性能都不盡如人意，怎樣實現這種材料的理想性能仍是一個挑戰。

發明內容

本發明為實現鈉離子電池ReS₂負極材料的高電化學性能，提供一種復合材料的制備方法，其中1T′-ReS₂通過強化學耦合作用被包覆在由還原氧化石墨烯和氮摻雜碳層組成的二維蜂窩狀碳納米片中(rGO@ReS₂@N-C)，這種材料表現出優異的倍率性能和超長周期循環性能。

本發明的技術方案如下：

一種二維蜂窩狀碳納米片包覆1T′-ReS₂作為鈉離子電池負極材料的制備方法，包括下列步驟：