[發明專利]一種N摻雜VSe2

在審

• 申請號: 202110433230.7
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113130893A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 任慢慢;臧浩廷;曹石磊;楊飛;劉偉良
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 濟南格源知識產權代理有限公司 37306
• 代理人: 韓洪淼

本發明涉及一種N摻雜VSe₂/MXene鈉電池陽極復合材料及其制備方法。所述陽極復合材料由陽極材料VSe₂和MXene形成復合材料，并摻雜N負載在復合材料上。本發明中VSe₂/MXene的復合結構增強了電子傳輸。N摻雜可以擴大碳材料的晶格間距，有利于鈉離子的嵌入和脫出，本發明制備的鈉電池陽極材料增強了電子和離子傳輸性，具有良好的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種N摻雜VSe₂/MXene鈉電池陽極復合材料及其制備方法，屬于鈉電池電極材料的制備領域。

背景技術

人口和工業化的快速增長導致了世界范圍內相當大的能源消耗。化石燃料的枯竭，加上相關的能源危機，正在導致尋找可再生和高效的能源儲存系統，儲存可再生能源產生的能量需要更復雜和高效的儲存系統。電池是研究最廣泛的儲能系統；與任何其他設備相比，電池具有非常高的比能量的優勢。二維過渡金屬二元化合物（TMDs)由于其獨特的性質，如高比表面積和大的范德華間隙，已被證明是一種很有前途的儲能材料。TMDs是一類化學結構為MX₂的2D材料，其中M是過渡金屬，夾在兩個硫屬元素原子(X)之間。金屬VSe₂具有高導電性，由于夾層間距而具有優異的嵌入活性，多種電子特性和獨特的電荷密度波誘導的結構不穩定性，這些特性使得VSe₂成為電極材料的絕佳候選材料。然而，層間范德華力使層狀二硒化釩容易團聚成塊狀材料，大尺寸二氧化釩在鈉離子的插入和提取過程中會發生嚴重的體積變化，從而導致電極粉化和循環穩定性差，不利于鈉離子的大量儲存。

為了克服上述存在的問題，研究人員致力于通過改良電池結構的設計，引入載體材料以及開發固態電解質等方式來解決和改善這些問題。本發明基于對載體材料進行進一步研發、創新，制備出一種N摻雜VSe₂/MXene鈉電池陽極復合材料，有效的增強了鈉電池陽極材料的導電性，加快電子傳輸，使其具有優異的循環穩定性。

發明內容

本發明針對上述問題，提供了一種N摻雜VSe₂/MXene鈉電池陽極復合材料，有效的增強了鈉電池的導電性，加快了電子傳輸速度，使其具有優異的循環穩定性。

本發明的技術方案為：

一種N摻雜VSe₂/MXene鈉電池陽極復合材料，所述陽極材料VSe₂和MXene形成復合材料并摻雜N負載在復合材料上。VSe₂/MXene的復合結構增強了電子特性。N摻雜可以擴大碳材料的晶格間距，有利于鈉離子的嵌入和脫出。

上述N摻雜VSe₂/MXene鈉電池陽極復合材料的制備方法，具體包括下列步驟：

（1）釩源與SeO₂按摩爾比1：2加入氮甲基吡咯烷酮（NMP）中，攪拌20~40分鐘，再滴加甲酸（按NMP與甲酸體積比5~7：1~1.2滴加），繼續攪拌，然后轉移到不銹鋼反應釜中，200~220℃保溫24小時，降到室溫，用水和乙醇各離心3~5次，50~60℃干燥10~13小時，得到粉體A。

（2）將步驟（1）所得粉體A與表面活性劑按質量比為10~12：1混合，獲得混合物A，向混合物A中加入去離子水配成溶液，混合物A與去離子水的質量體積比為8-13:3，mg/mL，磁力攪拌2 h、加入吡咯單體，混合物A與吡咯單體的質量體積比為5-7:3，mg/uL，繼續攪拌2 ~3h，混合溶液轉移至冷浴中，加入引發劑，引發劑與去離子水的體積比為1~1.5：1，冷浴條件下反應20~26 h；離心，洗滌，干燥，得到粉體B；