[发明专利]一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe2@NCNT材料的合成方法

说明书

本发明公开了一种涉及钠离子电池负极材料的合成方法，特别涉及一种基于N掺杂CNT构造C@MoSesubgt;2/subgt;@NCNT材料的合成方法，N掺杂CNT中，N的掺入会增加表面的自由电子数，从而提高导电性，也会一定程度上提高NNMWCNT的吸附能力。本发明方以五氯化钼、Se、CNT、乙二醇(聚乙二醇)为原料，通过超声分散和后续的煅烧法合成C@MoSesubgt;2/subgt;@NMWCNT纳米复合异质结材料。该方法所得产品相比于同类产品，方法简单，能耗低、重复性高，MoSesubgt;2/subgt;、NMWCNT可分散度高，形貌均匀，活性位点多，循环稳定性好(在2A gsupgt;‑1/supgt;电流密度下,1100次循环后保持226mA h gsupgt;‑1/supgt;的放电比容量；3600次循环后，其为168mA h gsupgt;‑1/supgt;)，有利于实现其规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极技术材料合成方法，特别涉及一种基于N掺杂CNT构造C@MoSe₂@NCNT材料的合成方法，属于钠离子电池负极技术材料合成领域。

背景技术

锂离子电池(LIB)作为能量存储系统已广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和电网规模的能量存储。随着市场需求的增长，有限的锂资源且分布不均已无法满足大规模应用。考虑到锂和钠的电化学相似性，钠离子电池作为最有前途的候选电池之一，由于地壳中钠资源丰富，引起了广泛关注。然而，Na+离子半径大于Li+离子半径，这导致反应动力学迟缓，活性材料严重结构崩溃，以及不稳定的固体电解质界面(SEI)，这些甚至会导致电化学性能下降。因此，探索合适的电极材料是提高钠离子电池的储Na+能力的关键。由于过渡金属硫族化合物材料具有较高的理论容量，因此在探索其作为钠离子电池替代阳极材料方面引起了广泛的兴趣。其中，MoX₂(X＝S，Se)因其理论比容量高、Mo原子可以与碱金属离子相吸附提高材料的储能能力，以及具有大层间距的独特X-Mo-X结构而被广泛研究。尽管有这些优点，由于MoSe₂的电子和离子传输能力有限且钠离子嵌入/脱出过程中的较大体积变化，使得其应用仍受限于较差的倍率性能和低的循环寿命。

将MoSe₂与各种高导电碳材料复合已被证明是一种成功的策略。例如，将MoSe₂与碳纳米管混合，起到增强复合材料的电子传输性能，缩短离子扩散路径，增强抵抗循环过程中的体积变化能力的作用。特别是N掺杂碳纳米管(NNMWCNT)。碳纳米管表面的化学反应性随着掺杂剂的添加和N的插入而增加，N的插入会向表面添加额外的电子，从而提高导电性，也会一定程度上提高NNMWCNT的吸附能力。此外，由N原子的引入可能在NMWCNT表面的产生缺陷位点(吡啶NNMWCNT、吡咯NNMWCNT)。与碳纳米管相比，MoSe₂更有可能通过NNMWCNT上牢固地锚定在其表面。具体为Mo物种直接吸附在NNMWCNT上的表面缺陷位点上成核并生长；其中Mo物种在溶液中吸附到NNMWCNT中并与NNMWCNT上的缺陷相互作用并吸附到这些缺陷上，然后，在这些吸附位点，Mo基物质被原位硒化引发成核并生长MoSe₂，使得硒化钼与NNMWCNT之间形成很强的结合作用，从而表现出更优越的电化学性能。特别是，N掺杂多壁碳纳米管(MWNMWCNT)，在外层碳与MoSe₂间形成强的相互作用的同时，持基本完整内层碳纳米管不仅具有高导电性也且具有很强的结构支撑能力。

受到以上内容的启发，同时商业化NMWCNT材料廉价且易得，此外，商业化的NMWCNT中存在由N掺杂引起的缺陷位点。可以设想将Mo基有机金属吸附在NMWCNT的缺陷位点上，在这些吸附位点，将Mo基有机物原位硒化为MoSe₂，同时Mo基有机物的有机组分物直接碳化形成外层碳包覆层，从而合成C@MoSe₂@NMWCNT材料。在NMWCNT和MoSe₂之间产生强耦合作用，使得上，降低充放电过程中MoSe₂从NMWCNT脱落的可能性，从而提高MoSe₂材料的循环寿命。