[發(fā)明專(zhuān)利]氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極及其制法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111072455.0
• 申請(qǐng)日: 2021-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113921763A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿洪波;張宸睿;程亞飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/136
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/136;H01M4/1397;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 金詩(shī)琦

本發(fā)明公開(kāi)了一種氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極，包括氮摻雜碳插層和二硫化鉬層，氮摻雜碳插層插入相鄰的二硫化鉬層之間。本發(fā)明還公開(kāi)了一種氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極的制備方法，包括以下步驟：(a)將二水合鉬酸鈉和L?半胱氨酸分散于去離子水中，攪拌后加入三聚氰胺，繼續(xù)攪拌，進(jìn)行水熱反應(yīng)；(b)將水熱反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行離心處理，得到三聚氰胺插層的二硫化鉬；(c)將三聚氰胺插層的二硫化鉬干燥后，在保護(hù)氣氛中煅燒，保溫，冷卻后得到MoS₂/NC鈉離子電池負(fù)極。本發(fā)明制得的MoS₂/NC鈉離子電池負(fù)極，氮摻雜碳具有優(yōu)良的電子電導(dǎo)率，二硫化鉬具有較高的離子擴(kuò)散速率，具有較高的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池負(fù)極材料及其制法，具體為一種氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極及其制法。

背景技術(shù)

但隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模增長(zhǎng)，世界對(duì)鋰離子電池的需求迅速增加，鋰資源的匱乏日益明顯。因此，開(kāi)發(fā)替代的可再生能源儲(chǔ)能技術(shù)至關(guān)重要。鈉電池比鋰離子電池更具有商業(yè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗脑县S富，成本低廉。鋰與鈉屬于同一主族，在電池的充放電過(guò)程中具有相似的電化學(xué)活性。二維過(guò)渡金屬化合物由于其獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，近年來(lái)作為鈉離子電池的負(fù)極材料而備受關(guān)注。

硫化鉬，具有類(lèi)似于石墨烯結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)有利于鈉離子沿平行平面嵌入或脫出。與碳材料進(jìn)行復(fù)合的MoS₂納米片有利于在儲(chǔ)鈉的電化學(xué)反應(yīng)中暴露出更多的活性位點(diǎn)，從而為鈉離子脫/嵌過(guò)程構(gòu)建更多的通道，改善了材料的儲(chǔ)鈉性能。例如，Teng等人設(shè)計(jì)了一種納米材料，該材料由石墨烯薄片上垂直方向上生長(zhǎng)的MoS₂組成(Y.Teng,H.Zhao,Z.Zhang,Z.Li,Q.Xia,Y.Zhang,L.Zhao,X.Du,Z.Du,P.Lv and K.Swierczek,ACS Nano,10(2016)8526-8535)。隨著有效活性位點(diǎn)的增加，鋰離子的轉(zhuǎn)移及其相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)得到了極大的改善。石墨烯與二硫化鉬界面共價(jià)鍵的形成不僅能夠提高反應(yīng)速率，同時(shí)能夠保持復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性。但是，該方法制備過(guò)程復(fù)雜，難以滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

二硫化鉬作為二維層狀過(guò)渡金屬材料，由于其本身具有較好的離子擴(kuò)散率，被認(rèn)為有望成為新型的商業(yè)鈉離子電池負(fù)極材料。但是其作為鈉離子電池負(fù)極材料，較低的電子電導(dǎo)率以及在儲(chǔ)鈉過(guò)程中較大的體積效應(yīng)，嚴(yán)重限制了其在鈉離子電池負(fù)極材料方面的實(shí)際應(yīng)用。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410519794.2的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種氮摻雜石墨烯/二硫化鉬復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，利用碳復(fù)合增加了樣品的導(dǎo)電性來(lái)增強(qiáng)材料的儲(chǔ)鈉性能，沒(méi)有擴(kuò)大二硫化鉬本身的層間距，不僅沒(méi)有增加二硫化鉬本身的性能，同時(shí)因?yàn)樘急旧頉](méi)有儲(chǔ)鈉性能而削減了材料本身的容量，電池的性能有待進(jìn)一步提高。

申請(qǐng)?zhí)枮?01711054260.7的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種MoS₂/氮摻雜碳管復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，將鉬酸鈉或鉬酸銨與硫脲配成溶液并吸入三聚氰胺海綿中，在水熱反應(yīng)的條件下，在三聚氰胺纖維上原位生長(zhǎng)出具有二維片狀的MoS₂納米片，然后通過(guò)高溫?zé)Y(jié)的方式，三聚氰胺海綿纖維內(nèi)部塌陷形成管狀碳結(jié)構(gòu)，從而制備出MoS₂/氮摻雜碳管復(fù)合材料。內(nèi)壁為氮摻雜碳管，大量的氮為反應(yīng)增加了許多活性位點(diǎn)，主要利用碳復(fù)合增加了樣品的導(dǎo)電性來(lái)增強(qiáng)材料的儲(chǔ)鈉性能，沒(méi)有擴(kuò)大二硫化鉬本身的層間距，不僅沒(méi)有增加二硫化鉬本身的性能，同時(shí)因?yàn)樘急旧頉](méi)有儲(chǔ)鈉性能從而削減了材料本身的容量，電池的性能有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種導(dǎo)電性好、儲(chǔ)鈉性能好、能夠避免因二硫化鉬體積過(guò)大變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩塌損壞的氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極，本發(fā)明的另一目的是提供一種簡(jiǎn)單高效的氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種氮摻雜碳插層二硫化鉬的鈉離子電池負(fù)極，包括氮摻雜碳插層和二硫化鉬層，氮摻雜碳插層插入相鄰的二硫化鉬層之間。