一种二硫化钒@碳纸纳米材料及其制备方法、镁锂双离子电池技术

本发明专利技术提供了一种二硫化钒@碳纸纳米材料及其制备方法、镁锂双离子电池，属于镁锂双离子电池技术领域。本发明专利技术提供了一种二硫化钒@碳纸纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将正辛胺、NH

A kind of vanadium disulfide @ carbon paper nano material and its preparation method, magnesium lithium double ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钒@碳纸纳米材料及其制备方法、镁锂双离子电池
本专利技术涉及镁锂双离子电池
，尤其涉及一种二硫化钒@碳纸纳米材料及其制备方法、镁锂双离子电池。
技术介绍
作为已商业化的金属离子电池，锂离子电池具有工作电压高，能量密度大以及循环寿命长等优点。但锂金属枝晶生长带来的安全问题，较高的成本以及有限的实际能量密度等问题制约着锂离子电池的进一步发展。新型的镁离子电池具有诸多与锂离子电池互补的优点，但是也存在一些限制其发展的因素。其中之一即带两个正电荷的镁离子所造成的很大的极化，从而导致镁离子在正极材料中的扩散动力学很慢，这个问题在很多电极材料中显得尤为突出，例如MoS2，NbS2，和V2O5等。为了解决这一问题，可以通过在镁离子电解液中引入锂离子构成镁锂双离子电池的方式避免上述问题，因为构造成双离子电池以后正极主要由锂离子的快速反应为主，而负极仍然由镁离子来沉积/剥离。镁锂双离子体系可以说融合了镁的安全性和低成本以及锂离子的快速反应动力学，成为一类很有发展前景的镁基电池。目前，锂离子电池很多电化学窗口合适的电极材料已成功地应用到镁锂双离子电池，例如MoS2、TiS2、VO2、LiFePO4等，但这些材料仅支持锂离子的嵌入/脱嵌，存在电池容量和倍率性能不佳的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种二硫化钒@碳纸纳米材料及其制备方法、镁锂双离子电池。本专利技术提供的制备方法预先嵌入正辛胺分子，对二硫化钒纳米片进行扩层改性，有利于缩短离子迁移路径，从而使电池容量和倍率性能大大提高。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种二硫化钒@碳纸纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺混合，得到混合液；将所述混合液与碳纸进行溶剂热反应，得到所述二硫化钒@碳纸纳米材料。优选地，所述正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺的用量比为12～15mL：0.081～0.082g：0.262～0.263g。优选地，所述碳纸的直径为16mm。优选地，所述溶剂热反应的温度为160～170℃，时间为20～24h。优选地，所述溶剂热反应后还包括将所得溶剂热反应产物用去离子水和乙醇交替清洗4～6次，然后在60～80℃下真空干燥10～12h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的二硫化钒@碳纸纳米材料，所述二硫化钒@碳纸纳米材料的形貌为二维的二硫化钒纳米片自组装成的三微开放结构，正辛胺分子存在于二硫化钒纳米片的(001)层间，所述(001)的层间距为1.0±0.02nm。优选地，所述正辛胺分子的嵌入质量百分数为16±0.5％。优选地，直径16mm的碳纸上的二硫化钒纳米片的负载量为1.2～2.4mg。本专利技术还提供了一种镁锂双离子电池，以镁箔为阳极，以涂覆上述技术方案所述二硫化钒@碳纸纳米材料为正极材料的正极片为阴极，不包含粘结剂，以Whatman为隔膜，以LiCl、无水AlCl3和PhMgCl在四氢呋喃中合成的产物为电解液。优选地，所述二硫化钒@碳纸纳米材料在正极片上的质量密度为0.6～1.2g·cm-2。本专利技术提供了一种二硫化钒@碳纸纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺混合，得到混合液；将所述混合液与碳纸进行溶剂热反应，得到所述二硫化钒@碳纸纳米材料。本专利技术通过溶剂热的方法将辛胺小分子嵌入到二硫化钒中增大了范德华力层间距，从而使得镁离子和锂离子共同嵌入脱嵌，提高了电池容量，并且由于微观结构变得开放，也减小了离子迁移路径，增大了倍率性能。本专利技术制备了无粘结剂的，层间扩展的，二硫化钒@碳纸(E-VS2@C)纳米材料作为镁锂双离子电池的新型正极材料，独特的电极材料结构特性赋予了镁锂双离子电池应用的如下优势：(1)简化了电池组装的工艺流程。一般情况下，正极材料材料需要与添加粘结剂和导电碳材料按一定比例混合，经过制浆、涂敷和干燥等连续的多步骤流程才能制备成完整的正极材料，且粘结剂的存在增加了发生电池副反应的可能。本专利技术制得的E-VS2@C无需粘结剂，无粘结剂特性使得流程得到大大简化，避免了不必要的副反应；(2)电池容量得到明显的提高。二硫化钒经过辛胺小分子的嵌入，范德华力层间距得到极大的增大，这有利于容纳更多的离子，从而增大容量。在100mA·g-1电流密度下保持高达255.0mAh·g-1左右的比容量；(3)倍率循环性能得到提高。扩层以后的二硫化钒能够更加适应反复的充放电过程，减小了离子嵌脱嵌过程对电极材料的破坏，并且纳米片状的开放结构有利于缩短离子的迁移路径，增大了与电解液接触的面积，从而提高了电池的倍率循环性能。在5A·g-1的高电流密度下仍保持136.0mAh·g-1的比容量；(4)相比于许多镁锂双离子电池的正极材料，无粘结剂的E-VS2@C纳米材料作为镁锂双离子电池的新型正极材料表现出1.2V左右的较高平均电压。附图说明图1为开路电压测试图；图2为100mA·g-1电流密度下的恒电流循环充放电比容和库伦效率曲线；图3为镁锂双离子电池前三次恒电流充放电曲线图；图4为倍率性能测试曲线；图5为循环伏安测试曲线；图6为E-VS2@C的SEM图像，其中(a)和(b)分别为E-VS2@C在不同放大倍率下的SEM图像；图7为E-VS2@C的TEM图像，其中(a)，(b)和(c)分别为E-VS2@C在不同放大倍率下的TEM图像；图8为E-VS2@C中V、S、C和N的元素分布图像；图9为E-VS2@C以及VS2的XRD图。具体实施方式本专利技术提供了一种二硫化钒@碳纸纳米材料(E-VS2@C)的制备方法，包括以下步骤：将正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺混合，得到混合液；将所述混合液与碳纸进行溶剂热反应，得到所述二硫化钒@碳纸纳米材料。在本专利技术中，所述正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺的用量比优选为12～15mL：0.081～0.082g：0.262～0.263g。本专利技术利用正辛胺对二硫化钒进行扩层改性，使二硫化钒层间扩大，其形貌结构也得到优化，更加开放，有利于缩短离子迁移路径，有利于离子嵌入脱嵌，从而使电池容量和倍率性能大大提高。在本专利技术中，所述碳纸的直径优选为16mm。在本专利技术中，所述溶剂热反应的温度优选为160～170℃，时间优选为20～24h。在本专利技术中，所述溶剂热反应优选在带有35mL的密封聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行。在本专利技术中，所述溶剂热反应后优选还包括将所得溶剂热反应产物用去离子水和乙醇交替清洗4～6次，然后在60～80℃下真空干燥10～12h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的二硫化钒@碳纸纳米材料，所述二硫化钒@碳纸纳米材料的形貌为二维的二硫化钒纳米片自组装成的三微开放结构，正辛胺分子存在于二硫化钒纳米片的(001)层间，所述(001)的层间距为1.0±0.02nm。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钒@碳纸纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将正辛胺、NH

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钒@碳纸纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺混合，得到混合液；
将所述混合液与碳纸进行溶剂热反应，得到所述二硫化钒@碳纸纳米材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正辛胺、NH4VO3和硫代乙酰胺的用量比为12～15mL：0.081～0.082g：0.262～0.263g。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碳纸的直径为16mm。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为160～170℃，时间为20～24h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应后还包括将所得溶剂热反应产物用去离子水和乙醇交替清洗4～6次，然后在60～80℃下真空干燥10～12h。


6.权利要求1～5任一项所述制备方法制得的二硫化钒@碳纸纳米材...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢惠民，景鹏成，曹媛，杨文文，
申请(专利权)人：易航时代北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11