[發(fā)明專利]一種基于N摻雜CNT構(gòu)造C@MoSe2@NCNT材料的合成方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211463669.5
• 申請(qǐng)日: 2022-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN116119626A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱仁華;楊寅材;王鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B19/04
• 分類號(hào): C01B19/04;C01B32/168;C01B32/05;H01M10/054;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/58;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發(fā)明公開了一種涉及鈉離子電池負(fù)極材料的合成方法，特別涉及一種基于N摻雜CNT構(gòu)造C@MoSesubgt;2/subgt;@NCNT材料的合成方法，N摻雜CNT中，N的摻入會(huì)增加表面的自由電子數(shù)，從而提高導(dǎo)電性，也會(huì)一定程度上提高NNMWCNT的吸附能力。本發(fā)明方以五氯化鉬、Se、CNT、乙二醇(聚乙二醇)為原料，通過超聲分散和后續(xù)的煅燒法合成C@MoSesubgt;2/subgt;@NMWCNT納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)材料。該方法所得產(chǎn)品相比于同類產(chǎn)品，方法簡(jiǎn)單，能耗低、重復(fù)性高，MoSesubgt;2/subgt;、NMWCNT可分散度高，形貌均勻，活性位點(diǎn)多，循環(huán)穩(wěn)定性好(在2A?gsupgt;?1/supgt;電流密度下,1100次循環(huán)后保持226mA?h?gsupgt;?1/supgt;的放電比容量；3600次循環(huán)后，其為168mA?h?gsupgt;?1/supgt;)，有利于實(shí)現(xiàn)其規(guī)模化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈉離子電池負(fù)極技術(shù)材料合成方法，特別涉及一種基于N摻雜CNT構(gòu)造C@MoSe₂@NCNT材料的合成方法，屬于鈉離子電池負(fù)極技術(shù)材料合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池(LIB)作為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)規(guī)模的能量存儲(chǔ)。隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，有限的鋰資源且分布不均已無法滿足大規(guī)模應(yīng)用。考慮到鋰和鈉的電化學(xué)相似性，鈉離子電池作為最有前途的候選電池之一，由于地殼中鈉資源豐富，引起了廣泛關(guān)注。然而，Na+離子半徑大于Li+離子半徑，這導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩，活性材料嚴(yán)重結(jié)構(gòu)崩潰，以及不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)，這些甚至?xí)?dǎo)致電化學(xué)性能下降。因此，探索合適的電極材料是提高鈉離子電池的儲(chǔ)Na+能力的關(guān)鍵。由于過渡金屬硫族化合物材料具有較高的理論容量，因此在探索其作為鈉離子電池替代陽極材料方面引起了廣泛的興趣。其中，MoX₂(X＝S，Se)因其理論比容量高、Mo原子可以與堿金屬離子相吸附提高材料的儲(chǔ)能能力，以及具有大層間距的獨(dú)特X-Mo-X結(jié)構(gòu)而被廣泛研究。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，由于MoSe₂的電子和離子傳輸能力有限且鈉離子嵌入/脫出過程中的較大體積變化，使得其應(yīng)用仍受限于較差的倍率性能和低的循環(huán)壽命。

將MoSe₂與各種高導(dǎo)電碳材料復(fù)合已被證明是一種成功的策略。例如，將MoSe₂與碳納米管混合，起到增強(qiáng)復(fù)合材料的電子傳輸性能，縮短離子擴(kuò)散路徑，增強(qiáng)抵抗循環(huán)過程中的體積變化能力的作用。特別是N摻雜碳納米管(NNMWCNT)。碳納米管表面的化學(xué)反應(yīng)性隨著摻雜劑的添加和N的插入而增加，N的插入會(huì)向表面添加額外的電子，從而提高導(dǎo)電性，也會(huì)一定程度上提高NNMWCNT的吸附能力。此外，由N原子的引入可能在NMWCNT表面的產(chǎn)生缺陷位點(diǎn)(吡啶NNMWCNT、吡咯NNMWCNT)。與碳納米管相比，MoSe₂更有可能通過NNMWCNT上牢固地錨定在其表面。具體為Mo物種直接吸附在NNMWCNT上的表面缺陷位點(diǎn)上成核并生長(zhǎng)；其中Mo物種在溶液中吸附到NNMWCNT中并與NNMWCNT上的缺陷相互作用并吸附到這些缺陷上，然后，在這些吸附位點(diǎn)，Mo基物質(zhì)被原位硒化引發(fā)成核并生長(zhǎng)MoSe₂，使得硒化鉬與NNMWCNT之間形成很強(qiáng)的結(jié)合作用，從而表現(xiàn)出更優(yōu)越的電化學(xué)性能。特別是，N摻雜多壁碳納米管(MWNMWCNT)，在外層碳與MoSe₂間形成強(qiáng)的相互作用的同時(shí)，持基本完整內(nèi)層碳納米管不僅具有高導(dǎo)電性也且具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)支撐能力。

受到以上內(nèi)容的啟發(fā)，同時(shí)商業(yè)化NMWCNT材料廉價(jià)且易得，此外，商業(yè)化的NMWCNT中存在由N摻雜引起的缺陷位點(diǎn)。可以設(shè)想將Mo基有機(jī)金屬吸附在NMWCNT的缺陷位點(diǎn)上，在這些吸附位點(diǎn)，將Mo基有機(jī)物原位硒化為MoSe₂，同時(shí)Mo基有機(jī)物的有機(jī)組分物直接碳化形成外層碳包覆層，從而合成C@MoSe₂@NMWCNT材料。在NMWCNT和MoSe₂之間產(chǎn)生強(qiáng)耦合作用，使得上，降低充放電過程中MoSe₂從NMWCNT脫落的可能性，從而提高M(jìn)oSe₂材料的循環(huán)壽命。