CN113998739A - 一种钠离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

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杨晓刚
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Abstract

本发明公开了一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，采用方法的要点是以偏钒酸铵（NH4VO3）、氨水（NH3.H2O）、钼酸钠二水（Na2MoO4.2H2O）、硫代乙酰胺（TAA）为原料一步水热法合成，经由抽滤、干燥得所述VS2/MoS2电池负极材料。本发明还公开了所述制备方法所制得的VS2/MoS2电池负极材料及应用于钠离子电池。相对现有技术，本发明制备工艺快速、高效，且在VS2中引入MoS2构筑异质结构，提升负极材料电子迁移率，进而提升储钠反应动力学性能,制备得到的VS2/MoS2负极材料比容量高，具有良好的导电性、电化学活性和循环稳定性，特别适用于制造钠离子电池负极。

Description

一种钠离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池负极材料的制备方法，特别涉及一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，属于钠离子电池负极材料技术领域。
背景技术
能源和环境问题是人类社会发展的两大主题，随着科技的进步和人类社会的发展，资源的消耗所导致的环境问题日益严重。随着锂离子电池(LIBs)成本和供应风险的增加，金属离子替代电池的开发近年来一直在进行。
钠离子电池(SIBs)作为锂离子电池后的替代品具有独特的优势，有着与LIB相似的电化学性质，同时又具备储量丰富，价格低廉；允许使用低浓度电解液，降低成本；负极可采用铝箔作为集流体，可进一步降低成本8％左右，降低重量10％左右；无过放电特性等优点，成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。所以成为二次电池领域中一个全新的研究热点。
金属硫化物作为钠离子电池负极材料，这类材料拥有较高的比容量，具备开发高容量电极的潜力。在充放电过程中主要是基于转化反应，过渡金属的多电子转移导致了这类材料的高比容量。然而，金属硫化物通常在充放电过程中存在较大的体积变化，循环寿命较低。另外，其充放电曲线极化较大(＞1V)，能量效率很低。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，该方法操作简单方便，成本低、性能优异，制备的VS2/MoS2电池负极材料可应用于钠离子电池，其比容量高，充放电速度快，循环寿命长。
一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
将偏钒酸铵、氨水、钼酸钠二水、硫代乙酰胺依次缓慢加入连续搅拌的去离子水中得到分散较好的混合溶液；
将得到的混合溶液转移到50ml内衬中，经水热反应，得到水热产物；
将得到的水热产物经抽滤，洗涤，干燥，得到所述VS2/MoS2电池负极材料。
所述钼酸钠二水和偏钒酸铵摩尔比例为1:2～8，硫代乙酰胺物质的量在0.02～0.04mol,氨水1～3ml。
所述连续搅拌时间为120～210min,去离子水为20～30ml。
所述水热反应温度为160～200℃，反应时间为16～20h。
所述干燥温度为60～80℃。
本发明还提供了VS2/MoS2电池负极材料制备钠离子电池的应用：VS2/MoS2电池负极材料、科琴黑、PVDF按照质量比7:2:1混合在NMP溶剂中，得到的混合浆料涂抹在铜片上，放入真空干燥箱内在120℃下干燥12h，取出后切片称量放入手套箱内组装成钠离子电池，测试电池性能。
有益效果：
相对现有技术，本发明制备工艺简单、快速、高效，制备得到的VS2/MoS2电池负极材料比容量高，具有良好的导电性、电化学活性和循环稳定性，特别适用于制造钠离子电池负极。
附图说明
图1是实施例1制备的VS2/MoS2电池负极材料的场发射扫描电镜照片。其中，(a1)是VS2/MoS2电池负极材料放大1万倍照片，(a2)是VS2/MoS2电池负极材料放大3万倍照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步的阐述。
实施例1
首先将0.002mol偏钒酸铵分散在30ml去离子水中，同时用连续搅拌缓慢加入1ml氨水，然后将0.001mol的钼酸钠二水加入上述溶液，再将0.02mol硫代乙酰胺分散在连续搅拌的溶液里，搅拌120min,最后得到均匀的黑色溶液，将其转移到50ml四氟乙烯内衬的密封高压釜中，并在160℃反应18h。待冷却至室温，用去离子水和乙醇对水热产物进行多次洗涤，而后在鼓风干燥箱60℃干燥12h得到电池负极材料。将制备的电池负极材料，科琴黑，PVDF按照质量比7:2:1混合在NMP溶剂中，得到的混合浆料涂抹在铜片上，放入真空干燥箱内在120℃下干燥12h，取出后切片称量放入手套箱内组装成钠离子电池，测试电池性能。
实施例2
首先将0.004mol偏钒酸铵分散在20ml去离子水中，同时用连续搅拌缓慢加入2ml氨水，然后将0.001mol的钼酸钠二水加入上述溶液，再将0.03mol硫代乙酰胺分散在连续搅拌的溶液里,搅拌180min,最后得到均匀的黑色溶液，将其转移到50ml四氟乙烯内衬的密封高压釜中，并在180℃反应16h。待冷却至室温，用去离子水和乙醇对水热产物进行多次洗涤，而后在鼓风干燥箱70℃干燥12h得到电池负极材料。将制备的电池负极材料，科琴黑，PVDF按照质量比7:2:1混合在NMP溶剂中，得到的混合浆料涂抹在铜片上，放入真空干燥箱内在120℃下干燥12h，取出后切片称量放入手套箱内组装成钠离子电池，测试电池性能。
实施例3
首先将0.008mol偏钒酸铵分散在30ml去离子水中，同时用连续搅拌缓慢加入3ml氨水，然后将0.001mol的钼酸钠二水加入上述溶液，再将0.04mol硫代乙酰胺分散在连续搅拌的溶液里,搅拌210min,最后得到均匀的黑色溶液，将其转移到50ml四氟乙烯内衬的密封高压釜中，并在200℃反应20h。待冷却至室温，用去离子水和乙醇对水热产物进行多次洗涤，而后在鼓风干燥箱80℃干燥12h得到电池负极材料。将制备的电池负极材料，科琴黑，PVDF按照质量比7:2:1混合在NMP溶剂中，得到的混合浆料涂抹在铜片上，放入真空干燥箱内在120℃下干燥12h，取出后切片称量放入手套箱内组装成钠离子电池，测试电池性能。
测定实施例1、实施例2、实施例3制备得到的三种VS2/MoS2电池负极材料在2A g-1电流密度下的电化学性能。表1为由实施例1、2、3所制备的VS2/MoS2电池负极材料的表征结果。由表1中数据可知，采用本发明所述的制备方法获得的VS2/MoS2电池负极材料(a)、(b)、(c)在2A g-1大电流密度下循环500圈依然表现出506.9004mAh g-1、498.2455mAh g-1、530.4807mAh g-1优异的储钠性能。
如图1，从实施例1制备的VS2/MoS2电池负极材料的场发射扫描电镜照片可看出，其形貌接近于由纳米片插入堆叠成的花状。
表1
Figure BDA0003334301390000031
以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将偏钒酸铵、氨水、钼酸钠二水、硫代乙酰胺依次缓慢加入连续搅拌的去离子水中，得到分散的混合溶液；
2)将步骤1)得到的混合溶液转移到50ml内衬中，经水热反应，得到水热产物；
3)将步骤2)得到的水热产物经抽滤，洗涤，干燥，得到VS2/MoS2电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钼酸钠二水和偏钒酸铵摩尔比例为1:2～8，硫代乙酰胺物质的量在0.02～0.04mol，氨水1～3ml。
3.根据权利要求1所述的一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述连续搅拌时间为120～210min，去离子水为20～30ml。
4.根据权利要求1所述的一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述水热反应温度为160～200℃，反应时间为16～20h。
5.根据权利要求1所述的一种VS2/MoS2电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥温度为60～80℃。
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