氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极及其制法制造技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极，包括氮掺杂碳插层和二硫化钼层，氮掺杂碳插层插入相邻的二硫化钼层之间。本发明专利技术还公开了一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：(a)将二水合钼酸钠和L

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极及其制法


[0001]本专利技术涉及电池负极材料及其制法，具体为一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极及其制法。

技术介绍

[0002]但随着新能源汽车产业的大规模增长，世界对锂离子电池的需求迅速增加，锂资源的匮乏日益明显。因此，开发替代的可再生能源储能技术至关重要。钠电池比锂离子电池更具有商业优势，因为它的原料丰富，成本低廉。锂与钠属于同一主族，在电池的充放电过程中具有相似的电化学活性。二维过渡金属化合物由于其独特的物理结构和化学性质，近年来作为钠离子电池的负极材料而备受关注。
[0003]硫化钼，具有类似于石墨烯结构的层状结构特点，这种结构有利于钠离子沿平行平面嵌入或脱出。与碳材料进行复合的MoS2纳米片有利于在储钠的电化学反应中暴露出更多的活性位点，从而为钠离子脱/嵌过程构建更多的通道，改善了材料的储钠性能。例如，Teng等人设计了一种纳米材料，该材料由石墨烯薄片上垂直方向上生长的MoS2组成(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
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8535)。随着有效活性位点的增加，锂离子的转移及其相应的电化学反应得到了极大的改善。石墨烯与二硫化钼界面共价键的形成不仅能够提高反应速率，同时能够保持复合材料结构的完整性。但是，该方法制备过程复杂，难以满足工业化生产的需求。
[0004]二硫化钼作为二维层状过渡金属材料，由于其本身具有较好的离子扩散率，被认为有望成为新型的商业钠离子电池负极材料。但是其作为钠离子电池负极材料，较低的电子电导率以及在储钠过程中较大的体积效应，严重限制了其在钠离子电池负极材料方面的实际应用。
[0005]申请号为201410519794.2的中国专利公开了一种氮掺杂石墨烯/二硫化钼复合材料及其制备方法和应用，利用碳复合增加了样品的导电性来增强材料的储钠性能，没有扩大二硫化钼本身的层间距，不仅没有增加二硫化钼本身的性能，同时因为碳本身没有储钠性能而削减了材料本身的容量，电池的性能有待进一步提高。
[0006]申请号为201711054260.7的中国专利公开了一种MoS2/氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用，将钼酸钠或钼酸铵与硫脲配成溶液并吸入三聚氰胺海绵中，在水热反应的条件下，在三聚氰胺纤维上原位生长出具有二维片状的MoS2纳米片，然后通过高温烧结的方式，三聚氰胺海绵纤维内部塌陷形成管状碳结构，从而制备出MoS2/氮掺杂碳管复合材料。内壁为氮掺杂碳管，大量的氮为反应增加了许多活性位点，主要利用碳复合增加了样品的导电性来增强材料的储钠性能，没有扩大二硫化钼本身的层间距，不仅没有增加二硫化钼本身的性能，同时因为碳本身没有储钠性能从而削减了材料本身的容量，电池的性能有待进一步提高。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种导电性好、储钠性能好、能够避免因二硫化钼体积过大变化而导致结构崩塌损坏的氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极，本专利技术的另一目的是提供一种简单高效的氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极的制备方法。
[0008]技术方案：本专利技术所述的一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极，包括氮掺杂碳插层和二硫化钼层，氮掺杂碳插层插入相邻的二硫化钼层之间。
[0009]进一步地，氮掺杂碳插层后的二硫化钼层的间距为0.67～0.71nm。
[0010]上述钠离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
[0011](a)将二水合钼酸钠(Na2MoO4·
2H2O)和L
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半胱氨酸(C3H7NO2S)分散于去离子水中，搅拌均匀后加入三聚氰胺(C3H6N6)，继续搅拌30min后，转移入聚四氟乙烯材质的高压水热釜内胆中，在160～200℃进行水热反应；
[0012](b)将水热反应的产物进行离心处理，得到三聚氰胺插层的二硫化钼；
[0013](c)将三聚氰胺插层的二硫化钼干燥后，在保护气氛中煅烧，煅烧温度为 400～600℃，保温，冷却后得到MoS2/NC钠离子电池负极。NC表示氮掺杂碳。
[0014]进一步地，步骤(a)中，二水合钼酸钠、L
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半胱氨酸、三聚氰胺的物质的量之比为1～3:4～12:1，优选为1.5:6:1，此时制备的材料在电化学性能的测试中表现最优。水热反应的时间为24～30h，温度优选为200℃，此时制备的材料在电化学性能的测试中表现最优。
[0015]进一步地，步骤(b)中，离心处理依次使用去离子水和无水乙醇。
[0016]进一步地，步骤(c)中，保护气氛为氮气。升温速度为2～5℃/min。保温温度为400～600℃，保温时间为1～3h。煅烧在管式炉中进行。优选地，保温温度为500℃，保温时间为2h，此时制备的材料在电化学性能的测试中表现最优。
[0017]制备原理：二硫化钼与氮掺杂碳材料进行复合，在提高了其导电性的同时，利用氮掺杂碳的延展性，能够对二硫化钼在充放电过程中的体积变化进行缓冲和保护，避免其因为过大的体积变化导致的结构崩塌而损坏。通过氮掺杂碳直接插层二硫化钼的方法，扩大了二硫化钼本身的层间距，增加了二硫化钼的倍率性能。
[0018]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0019]1、制得的MoS2/NC钠离子电池负极，氮掺杂碳具有优良的电子电导率，二硫化钼具有较高的离子扩散速率，具有较高的倍率性能；
[0020]2、氮掺杂碳在二硫化钼的层间不仅起到了提高复合材料的整体导电性的作用，同时，在作为钠离子电池负极材料进行长时间充放电循环时，依靠氮掺杂碳层的延展性，避免了复合材料由于大量的钠离子的嵌入和脱出而导致的结构坍塌，能够优化MoS2/NC 复合材料作为钠电负极的循环性能；
[0021]3、制备方法产量高，操作简单，反应条件易于实现，原料易获取，有利于节约生产成本，有利于钠离子电池负极材料的工业化生产，具有良好的应用前景。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例1所得产物的X射线衍射图；
[0023]图2是本专利技术实施例1所得产物的扫描电镜图；
[0024]图3是本专利技术实施例1所得产物的结构示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例1所得产物对钠箔做半电池的倍率性能曲线；
[0026]图5是本专利技术实施例1所得产物对钠箔做半电池的循环性能曲线；
[0027]图6是本专利技术实施例4所得产物的循环伏安图；
[0028]图7是本专利技术实施例5所得产物的充放电曲线；
[0029]图8是本专利技术实施例1、对比例2、对比例3、对比例4所得产物倍率性能图。
具体实施方式
[0030]以下各实施例中，NC表示氮掺杂碳，原始二硫化钼层1的层间距为0.620nm。 Na2MoO4·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极，其特征在于：包括氮掺杂碳插层(2)和二硫化钼层(1)，所述氮掺杂碳插层(2)插入在相邻的二硫化钼层(1)之间。2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极，其特征在于：所述氮掺杂碳插层(2)后的二硫化钼层(1)的间距为0.67～0.71nm。3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将二水合钼酸钠和L
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半胱氨酸分散于去离子水中，搅拌均匀后加入三聚氰胺，继续搅拌，在160～200℃进行水热反应；(b)将水热反应的产物进行离心处理，得到三聚氰胺插层的二硫化钼；(c)将三聚氰胺插层的二硫化钼干燥后，在保护气氛中煅烧，煅烧温度为400～600℃，保温，冷却后得到MoS2/NC钠离子电池负极。4.根据权利要求3所述的一种氮掺杂碳插层二硫化钼的钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)中，二水合钼酸钠、L
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【专利技术属性】
技术研发人员：耿洪波，张宸睿，程亚飞，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：