[發(fā)明專利]單一晶面的氧化鎢與碳納米片復(fù)合儲鈉材料的形成方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010979410.0 | 申請日： | 2020-09-17 |
| 公開（公告）號： | CN112125339B | 公開（公告）日： | 2022-08-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 曾凡焱;于茂慧;潘陽;賀文秀 | 申請（專利權(quán)）人： | 江西師范大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00;C01G41/02;C01B32/15 |
| 代理公司： | 上海盈盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31294 | 代理人： | 孫佳胤 |
| 地址： | 330022 *** | 國省代碼： | 江西;36 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 單一 氧化鎢 納米 復(fù)合 材料 形成 方法 | ||
本申請?zhí)峁┝艘环N單一晶面的氧化鎢與碳納米片復(fù)合儲鈉材料的形成方法。該方法以自聚合?共沉淀制備的鎢?鹽酸多巴胺自聚納米片為前驅(qū)體，在缺氧的惰性條件下，經(jīng)高溫原位析出單一晶面缺氧型氧化鎢納米棒，夾雜在同時形成的氮摻雜碳納米片中，制備出相應(yīng)的WO3?x納米棒/碳納米片復(fù)合材料。該復(fù)合材料前驅(qū)體的形成方法用料常見、操作簡單，能在常溫下規(guī)模化制備。經(jīng)高溫原位析出后，作為鈉離子電池負極材料，展現(xiàn)出高的比容量、突出的倍率性能和超長的循環(huán)穩(wěn)定性等。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)域，特別涉及一種單一晶面的氧化鎢與碳納米片復(fù)合儲鈉材料的形成方法。
背景技術(shù)
憑借穩(wěn)定的性能和成熟的工藝，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，并向電動汽車、智能電網(wǎng)和可再生能源等大規(guī)模儲能體系中擴展。然而，鋰資源匱乏，嚴重阻礙了鋰離子電池的可持續(xù)發(fā)展，人類亟需對下一代儲能設(shè)備進行開發(fā)和研究。鈉與鋰為同一主族相鄰元素，其儲量巨大(地殼豐度達2.75％)，且鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理相似，有望復(fù)制鋰離子電池的成功，成為大規(guī)模儲能應(yīng)用的最佳候選。但鈉離子半徑和質(zhì)量比鋰離子大，其嵌入/脫出能力比鋰離子低，致使部分材料在鈉離子電池中活性低或存在較差的反應(yīng)動力學(xué)，特別是鋰離子電池商用石墨負極。
過渡金屬基納米材料被認為是極具應(yīng)用潛力的鈉離子電池負極材料，其電化學(xué)反應(yīng)過程大多為多電子反應(yīng)，理論容量高，且價格低廉，易功能化。其中，鎢具有多價態(tài)，其氧化物納米材料表現(xiàn)出較強的可塑性和可控性，呈現(xiàn)出豐富的表觀形貌和物相類型，且具有較高的理論容量，在充放電過程中，體積變化嚴重，容易造成粉化，降低電池的使用效率和循環(huán)壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種比容量大、倍率和循環(huán)性能高的單一晶面的氧化鎢與碳納米片復(fù)合儲鈉材料的形成方法。
本發(fā)明提供一種單一晶面的氧化鎢與碳納米片復(fù)合儲鈉材料的形成方法，包括：在攪拌條件下，將鎢酸銨充分溶解于去離子水中，形成均一的水溶液，鎢酸銨水溶液的濃度為0.1-2.0克/100毫升；對所述濃度為0.1-2.0克/100毫升的鎢酸銨水溶液加入鹽酸多巴胺，其中鎢酸銨與鹽酸多巴胺的質(zhì)量比為1:1至1:5，并在加入鹽酸多巴胺后，攪拌20分鐘至3小時，獲得濃稠狀豬肝色的第一溶液；對所述第一溶液加入無水乙醇，其中去離子水與無水乙醇的體積比為1:1至1:3；充分攪拌30分鐘至2小時，獲得第二溶液；在所述第二溶液中逐滴加入質(zhì)量分數(shù)為25％的氨水，直至溶液呈黑色，持續(xù)攪拌4小時至12小時；經(jīng)過濾，清洗可溶性離子和干燥后，得鎢-鹽酸多巴胺自聚合前驅(qū)體；在缺氧的惰性環(huán)境中進行高溫原位相析出，使得鎢-鹽酸多巴胺自聚合前驅(qū)體分解成成氮原子摻雜的碳納米片，其中鎢酸根離子轉(zhuǎn)化成氧化鎢，使得氧化鎢與碳納米片晶格不匹配，氧化鎢從納米片中原位析出，在缺氧的氣氛下高度定向地朝(010)方向生長，形成氧缺的氧化鎢納米棒，與氮摻雜碳納米片構(gòu)成棒-片夾雜型復(fù)合材料，制備出WO3-x納米棒/碳納米片復(fù)合材料，其中WO3-x納米棒/碳納米片復(fù)合材料中，氧化鎢納米棒具有缺氧的物相結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出單一的(010)晶面，其直徑約為5至20nm；所述氮摻雜碳納米片為無定型結(jié)構(gòu)，其尺寸約為50至500nm；所述結(jié)構(gòu)為碳納米片夾雜納米棒的三維空間構(gòu)造。
可選的，所述鎢源為鎢酸銨。
可選的，所述胺源為鹽酸多巴胺。
可選的，所述前驅(qū)體的反應(yīng)體系為去離子水和無水乙醇的混合溶液。
可選的，所述前驅(qū)體自聚合的誘發(fā)劑為氨水。
可選的，所述通過磁力攪拌和超聲處理將鎢酸銨與鹽酸多巴胺混合。
可選的，所述干燥條件為80攝氏度至120攝氏度干燥12小時至24小時。
可選的，所述高溫原位相析出的條件為百分之99.99％的氬氣保護下500攝氏度至800攝氏度加熱1小時至5小時。
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