本发明专利技术涉及一种用于锂硫电池正极材料的氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料的制备方法，所述方法通过简单的一步水热法和氨气煅烧法，制备出了一种以石墨烯为载体的，负载有氧化钨/氮化钨异质结结构的复合材料。通过水热法在石墨烯表面生长氧化钨，使得氧化钨的粒径分布更加均匀，且分散性也会相对较好，避免了氧化钨颗粒的沉积，能够更有效地吸附多硫化物，而且能够有效地利用石墨烯导电性好的特点，增加整体材料的导电性，提高锂硫电池的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
一种应用于锂硫电池正极材料的氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种用于锂硫电池正极材料的氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合物制备方法，属于材料化学领域。
技术介绍
进入20世纪以来，人类社会的生存和发展面临三大主题包括能源、环境和信息。其中能源危机已经对世界经济的发展和稳定产生了巨大的冲击，同时由于工业化的不断加剧，汽车保有量不断增加，导致石油、煤、天然气等不可再生能源逐渐走向枯竭，并且会对大气环境造成严重的污染，影响了人类的生存环境和身心健康，因此，能源问题的解决迫在眉睫。锂硫二次电池近年来受到广泛关注，其质量能量密度为2600Wh/kg，相当于传统锂离子电池能量密度的5倍左右，而且单质硫理论密度高、储量丰富、价格低廉及环境友好等优点，这使得锂硫电池具有十分广阔的应用前景。尽管锂硫电池有着许多的优势，但它仍然存在着循环寿命、安全性和可靠性上的缺点。锂硫电池是通过硫链可逆的锂化断裂-合并的过程进行储能，所以反应中有各种的多硫化锂中间产物。放电过程中，锂离子从负极迁移到硫正极，将硫单质还原，生成Li2S2和Li2S，与之相反，充电过程中Li2S2和Li2S被氧化生成单质硫，且锂离子向负极迁移并重新还原生成金属锂，中间反应产物极易溶解在有机电解液中，发生“穿梭效应”，降低电池的库伦效率和可逆容量。同时在循环过程中，硫存在着巨大的体积变化，其体积变化率约为76％。事实上，除了多硫化物的问题，高比容量的金属锂负极在循环中也存在着问题。循环中锂负极巨大的体积变化造成SEI膜产生缝隙和裂缝，使得锂负极继续和电解液接触并反应，而且电解液和溶解在其中的多硫化物急剧消耗。这同样造成了锂负极在充电过程中沉降不均匀，产生锂枝晶甚至进一步产生多孔结构。金属锂生成多孔结构的问题非常严重。多孔结构使得锂负极拥有很大的比表面积，加大了SEI膜的生成量，严重消耗了电解液和溶解在其中的硫，造成电池容量衰减甚至坏死。针对锂硫电池存在的问题，各种材料被用来改善硫正极的性能，包括高比表面积碳基材料、高分子、金属氧化物以及金属有机骨架材料。硫电极常和高比表面积的材料进行复合，以降低在正极和电解液中活性硫电极层的厚度，促进电子和离子的传输。同时用导电性材料改善硫电极的电子和离子导率。也有一些研究运用核壳结构或中空结构来限制硫的体积膨胀，或是在表面包覆高分子聚合物层来阻止多硫化物的溶解。同样也采用金属氧化物或金属有机骨架材料作为载体以增大硫的吸附量。一些氧化物(如氧化钴、氧化锌、氧化镧等)、氮化物(如氮化钛、氮化钨、氮化钼等)具有极性，可以吸附多硫化物，缓解穿梭效应。
技术实现思路
本专利技术针对锂硫电池正极材料导电性差，单质硫利用效率低，以及循环过程中产生多硫化物造成穿梭效应导致库伦效率低的问题，提出一种应用于锂硫电池正极材料的氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合物的制备方法。所述方法通过一步水热法和氨气煅烧法制备出了一种氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合物，该复合物能够有效地提高正极材料的导电性，同时石墨烯以及氮化钨、氧化钨能够有效地吸附多硫化物，抑制穿梭效应，有效地提高正极材料的利用率，增强锂硫电池的循环稳定性，提高电池的使用寿命。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料制备方法，包括以下步骤：第一步:制备三氧化钨-石墨烯复合材料：将钨酸钠，石墨烯溶于去离子水中，利用盐酸溶液将混合溶液的pH值调节至2.5-3.0，搅拌均匀后转移至反应釜中进行反应，反应完成后，离心收集产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次后烘干，即得到三氧化钨-石墨烯复合材料。进一步地，所述第一步中钨酸钠和石墨烯的盐酸溶液中，钨酸钠浓度为0.01-0.2g/mL，石墨烯浓度为0.001-0.02g/mL；进一步地，反应釜中反应温度为150-200℃，反应时间为12-24h；第二步:制备氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料：将第一步中制得的三氧化钨-石墨烯复合材料置于管式炉中，在氩气气氛下升温至400-600℃，随后在保持氩气持续通入的条件下开始通入氨气，持续一段时间后关闭氨气，在氩气气氛下自然冷却，得到氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料。进一步地，所述第二步中管式炉内升温速率为1-5℃/min；进一步地，开始通入氨气后氩气与氨气速率比10-20:1，氨气持续通入时间为1-2h；本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过简单的一步水热法和氨气煅烧法，制备出了一种以石墨烯为载体的，负载有氧化钨与氮化钨异质结结构的复合材料。通过水热法在石墨烯表面生长氧化钨，能够使得氧化钨的粒径分布更加均匀，且分散性也会相对较好，避免了氧化钨颗粒的沉积，能够更有效地吸附多硫化物，而且能够有效地利用石墨烯导电性好的特点，增加整体材料的导电性。更进一步，通过氮化处理，使得部分氧化钨转化为氮化钨，形成的异质结构能够更有效地吸附多硫化物，同时石墨烯上也会掺杂部分氮原子，提高了空穴导电性的同时，也增强了石墨烯对多硫化物的吸附，抑制穿梭效应，增强正极材料导电性，提高锂硫电池的循环性能。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1为实施例1所制得的复合锂硫电池正极材料的放电比容量循环图。具体实施方式实施例1：第一步:制备三氧化钨-石墨烯复合材料：取5g钨酸钠，0.2g石墨烯溶于70mL去离子水中，利用盐酸溶液将pH调节至2.8，搅拌均匀后转移至反应釜中，反应温度为180℃，反应时间为12h，反应完成后，离心收集产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次后，烘干得到三氧化钨-石墨烯复合材料。第二步:制备氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料：将第一步中制得的三氧化钨-石墨烯复合材料置于管式炉中，在氩气气氛下升温至500℃，升温速率为2℃/min，随后在保持氩气持续通入的条件下开始通入氨气，氩气与氨气的比例为15:1，持续2h后关闭氨气，使其在氩气气氛下自然冷却，得到氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料。实施例2:第一步:制备三氧化钨-石墨烯复合材料：取10g钨酸钠，1g石墨烯溶于100mL去离子水中，利用盐酸溶液将pH调节至3.0，搅拌均匀后转移至反应釜中，反应温度为200℃，反应时间为24h，反应完成后，离心收集产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次后烘干得到三氧化钨-石墨烯复合材料。第二步:制备氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料：将第一步中制得的三氧化钨-石墨烯复合材料置于管式炉中，在氩气气氛下升温至600℃，升温速率为5℃/min，随后在保持氩气持续通入的条件下开始通入氨气，氩气与氨气的比例为20:1，持续2h后关闭氨气，使其在氩气气氛下自然冷却，得到氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料。实施例3:第一步:制备三氧化钨-石墨烯复合材料：取1g钨酸钠，0.1g石墨烯溶于50mL去离子水中，利用盐酸溶液将pH调节至2.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料制备方法，包括以下步骤：/n第一步:制备三氧化钨-石墨烯复合材料：/n将钨酸钠，石墨烯溶于去离子水中，利用盐酸溶液将混合溶液的pH值调节至2.5-3.0，搅拌均匀后转移至反应釜中进行反应，反应完成后，离心收集产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次后烘干，即得到三氧化钨-石墨烯复合材料；/n第二步:制备氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料：/n将第一步中制得的三氧化钨-石墨烯复合材料置于管式炉中，在氩气气氛下升温至400℃-600℃，随后在保持氩气持续通入的条件下开始通入氨气，持续一段时间后关闭氨气，在氩气气氛下自然冷却，得到氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料制备方法，包括以下步骤：
第一步:制备三氧化钨-石墨烯复合材料：
将钨酸钠，石墨烯溶于去离子水中，利用盐酸溶液将混合溶液的pH值调节至2.5-3.0，搅拌均匀后转移至反应釜中进行反应，反应完成后，离心收集产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次后烘干，即得到三氧化钨-石墨烯复合材料；
第二步:制备氮化钨/氮掺杂石墨烯/氧化钨复合材料：
将第一步中制得的三氧化钨-石墨烯复合材料置于管式炉中，在氩气气氛下升温至400℃-600℃，随后在保持氩气持续通入的条件下开始通入氨气，持续一段时间后关闭氨气，在氩气气氛下自然冷却，得到氮化钨/氮掺杂石墨烯...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新，王加义，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。