[發明專利]一種二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910913773.1
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110600709B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 魏明燈;楊文娟
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物的制備方法，具體是將乙酰丙酮氧釩，硫代乙酰胺，三聚氰胺加入到氮甲基吡咯烷酮中，經過溶劑熱反應得到m?VS₂;再在溫度為500℃、升溫速度為5℃/min、N₂氣氛下煅燒2h后，得到VS₂@SNC；然后將其與乙炔黑、海藻酸鈉混合研磨后均勻地涂在銅箔上，作為鋰電池負極，其得到的鋰電池在電流密度為8 A/g時充放電循環600圈容量穩定在684.5 mA h/g。同時表現出優異的倍率放電性能，即使在電流密度為10 A/g時其充放電容量也能穩定在772.1 mA h/g。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物的制備方法及其應用。

背景技術

90年代初，Sony公司首先發現研制出以碳材料為負極，以LiCoO₂作正極的鋰電池。該電池在充放電過程中，沒有金屬鋰的存在，只有鋰離子，又稱為鋰離子電池。但是要得到循環性能好，比容量高，大電流充放電性能好的鋰離子電池負極材料一直以來是科學家的研究重點。根據與鋰離子不同的反應類型，可將負極材料分為嵌入型，合金型，轉化型等，而目前使用的商業化石墨負極材料就屬于嵌入型，在充放電過程中，鋰離子在石墨的晶格嵌入和脫出，但其理論容量僅為372 mA h/g,同時它還存在倍率性能差，循環壽命短，存在安全隱患等問題。過渡金屬硫化物和石墨同屬二維材料，其在充放電過程中不僅發生脫嵌鋰反應，同時它還與鋰離子發生轉換反應，大大提高了其理論容量。不同于大部分半導體過渡金屬硫化物，二硫化釩作為二維材料的一員，它具有金屬導電性，更有利于電化學反應過程中電荷的傳輸。

發明內容

針對于上述缺陷，本發明合成了一種晶面間距擴大的二硫化釩和S/N共摻雜碳的復合物VS₂@SNC,將其用作鋰電池負極，得到的鋰電池具有很高的比容量和循環穩定性。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物的制備方法，包括以下步驟：

（1）將乙酰丙酮氧釩，硫代乙酰胺，三聚氰胺加入到氮甲基吡咯烷酮中，攪拌均勻后，移入反應釜中，置于烘箱中進行反應得到產物m-VS₂，再用無水乙醇洗滌離心經干燥得到前驅體，命名為m-VS₂（蜜白胺-二硫化釩）；

（2）將步驟（1）得到的m-VS₂在溫度為500℃、升溫速度為5℃/min、N₂氣氛下煅燒2h后，得到二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物， 命名為VS₂@SNC。

進一步地，步驟（1）的乙酰丙酮氧釩，硫代乙酰胺，三聚氰胺的質量分別為0.625g、0.3g、0.1g，氮甲基吡咯烷酮體積為30mL。

進一步地，步驟（1）的反應溫度為200℃，反應時間為24h。

上述二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物在鋰電池中的應用，其用于制備鋰電池負極，具體鋰電池的組裝為：按質量比VS₂@SNC ：乙炔黑：海藻酸鈉＝7：2：1混合研磨后均勻地涂在銅箔上，作為鋰電池負極，參比電極和對電極均為金屬鋰，電解質由1M LiPF₆的EC+DEC、添加體積百分數分別為10%和1%的FEC和VC的溶液，所有組裝均在手套箱里進行。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

本發明的二硫化釩復合硫/氮共摻雜碳化合物的制備方法，工藝簡單，成本廉價，重現性好，性能優異；其得到的鋰電池在電流密度為8 A/g時充放電循環600圈容量穩定在684.5 mA h/g。同時表現出優異的倍率放電性能，即使在電流密度為10 A/g時其充放電容量也能穩定在772.1 mA h/g。