[发明专利]一种二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池

说明书

本发明涉及一种二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池，属于新能源材料技术领域。本发明的二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料，包括内核和包覆于所述内核表面的外壳，所述内核为氮掺杂碳十二面核体，所述外壳为二硒化钼纳米片。本发明的二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料，具有独特的核‑壳结构，其内部氮掺杂碳十二面核体为钠离子的储存和电子的输运提供了足够的空间，从而表现出较高的可逆容量、高稳定性和循环寿命长等优点，是一种优良的钠离子电池负极材料，具有长远的发展前景。本发明的二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料具有低成本、无毒、无污染等优点。

技术领域

本发明涉及一种二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池，属于新能源材料技术领域。

背景技术

随着化石燃料消耗和环境污染的急剧增加，开发可再生、安全、清洁、高效、可持续的能源以及相关的能源储存技术已成为一个热题。电化学储能技术具有环境友好、效率高、应用范围广等优点，引起了研究者的关注。其中锂离子电池因其具有较高的能量密度和工作电压，而且循环寿命长、自放电率低等优点，在智能手机、电脑、相机、新能源汽车等领域得到了广泛的应用。然而，不断增长的锂离子电池市场必然会带来锂资源短缺的问题。另外，由于锂资源分布范围的限制，导致锂资源越来越昂贵，从而提高了锂离子电池的成本，迫使我们寻求能够替代锂离子电池的二次电池。与锂元素处于同一主族的钠元素，在物理性质与化学性质上与锂元素有很多相似之处，而且在地壳中的钠资源丰富，价格低廉，分布广泛，易于提炼。同时，钠离子电池和锂离子电池具有相似的结构和工作原理，皆是由正极材料和负极材料、电解液、隔膜和集流体构成。充电过程中，在电池内部，Na⁺从正极脱出经过电解液嵌入负极，放电过程中，Na⁺从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。

虽然钠离子电池有诸多优点，但是钠离子质量较重且半径比锂大，这会导致Na⁺在电极材料中脱嵌缓慢，影响电池的循环和倍率性能。同时，Na⁺/Na电对的标准电极电位比Li⁺/Li高约0.3V(-3.04V vs SHE)，因此，需要解决的关键问题就是开发性能优越，符合自身特点的电极材料。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料，采用该负极材料制作的钠离子电池循环性能和倍率性能优异。

本发明的第二个目的在于提供一种上述钠离子电池负极材料的制备方法。

本发明的第三个在于提供一种钠离子电池。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料，包括内核和包覆于所述内核表面的外壳，所述内核为氮掺杂碳十二面核体，所述外壳为二硒化钼纳米片。

层状过渡金属硫族化物(TMDs)具有类似于三明治结构的X-M-X型三分子层，层内凭借共价键结合。通过上述方法将二维(2D)层状结构的二硒化钼(MoSe₂)制备成超薄的类纳米片，片与片之间存在很弱的范德华力，层间距大，为钠离子嵌入提供了方便。但在充放电过程中，MoSe₂的体积变化很大，导致循环性能较差，电子电导率低，导致快速充放电速率下的容量迅速下降，而且导电性差；而氮掺杂碳十二面核体(NCDs)具有良好的电子导电性和稳定的结构，与MoSe₂的复合，刚好可以弥补MoSe₂的劣势，实现电化学性能的提高。