一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料及其制备方法和应用、镁锂双离子电池技术

本发明专利技术提供了一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料及其制备方法和应用、镁锂双离子电池，属于镁锂双离子电池领域。本发明专利技术通过静电纺丝、预氧化稳定碳化和氮掺杂，制得碳纳米纤维，通过水热反应使花状的二硒化钒原位包覆在碳纳米纤维上形成核壳结构，二硒化钒特殊的纳米结构具有高活性比表面积，可以提升储镁效率，使得镁离子和锂离子共同嵌入脱嵌，提高电池容量，碳纳米纤维中具有一维电子传输特性的单根碳纳米纤维之间无序交叠，形成三维导电网络，为高倍率充放电提供了快速传递电子的能力，实现大功率放电和快速充电，三维多孔的碳纳米纤维能够缓冲充放电循环过程中产生的应力，减小活性材料的变形，保持其结构稳定，提高电池的循环稳定性。循环稳定性。循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料及其制备方法和应用、镁锂双离子电池


[0001]本专利技术涉及镁锂双离子电池
，尤其涉及一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料及其制备方法和应用、镁锂双离子电池。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池作为主流电池被广泛应用于动力电池和储能电池等领域。然而，由于锂资源有限价格升高，一方面增加了锂离子电池的成本，另一方面其供应的可持续性令人担忧。因此，发展低成本，高储量的金属离子电池作为锂离子电池的替代或补充成为研究热点。镁的储量丰富，价格低，在可持续发展的观点来看，是代替锂作为金属离子电池负极的理想材料。然而，镁离子由于具有二个正电荷，导致其表面电荷密度远高于锂离子，因而会与锂离子电池的正极储能材料的基体之间产生强烈的静电相互作用，其储能效率远不及锂，这一缺点也是限制镁离子电池实际应用的主要问题。为了克服镁离子电池的这一缺点，需要构建高电子和离子传输能力的正极结构，从而提高镁离子电池的储能效率。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。
[0003]但是现有的镁锂双离子体系电池仍存在比容量低的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料及其制备方法和应用、镁锂双离子电池。本专利技术制得的花状二硒化钒@碳纤维纳米材料中花状二硒化钒均匀包覆在碳纳米纤维表面，有利于镁锂离子的嵌入/脱嵌及扩散，从而提高电池的比容量。
[0005]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：
[0006]本专利技术提供了一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将聚丙烯腈与有机溶剂混合，得到静电纺丝液；
[0008]对所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到柔性薄膜；
[0009]将所述柔性薄膜进行预氧化稳定后，再进行碳化和氮掺杂，得到碳纳米纤维；
[0010]将所述碳纳米纤维、硒源前驱体和钒源前驱体混合，进行水热反应，得到复合薄膜；
[0011]将所述复合薄膜进行热处理，得到所述花状二硒化钒@碳纤维纳米材料。
[0012]优选地，所述钒源前驱体中的钒元素、硒源前驱体中的硒元素以及碳纳米纤维的用量比为2～3mmol：4～6mmol：0.1～0.2g。
[0013]优选地，所述水热反应的温度为200～220℃，时间为8～24h。
[0014]优选地，所述热处理的温度为380～450℃，时间为2～5h，所述热处理在保护气体中进行。
[0015]优选地，所述碳化和氮掺杂的步骤包括：在氮气气氛中，从220℃升高到750～850℃，升温速率为3～4℃/min，保温6～8h。
[0016]优选地，所述静电纺丝的参数包括：电压为18～20KV，针头与接收板的距离为15～20cm，推进速度为10～15μL/min，温度为35～40℃，湿度为35％～42％。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的花状二硒化钒@碳纤维纳米材料，以花状二硒化钒为壳，以碳纳米纤维为核，所述花状二硒化钒为片状结构。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的花状二硒化钒@碳纤维纳米材料作为镁锂离子电池正极材料的应用。
[0019]本专利技术还提供了一种镁锂离子电池，包括正极、负极、电解液和电池隔膜，所述正极包括正极片和负载在所述正极片表面的上述技术方案所述的花状二硒化钒@碳纤维纳米材料，所述负极为镁箔，所述电解液由LiCl、无水AlCl3和PhMgCl在四氢呋喃中制得，所述电池隔膜为Whatman双层隔膜。
[0020]优选地，所述花状二硒化钒@碳纤维纳米材料在正极片表面的质量密度为0.65～1.25g
·
cm
‑2。
[0021]本专利技术提供了一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯腈与有机溶剂混合，得到静电纺丝液；对所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到柔性薄膜；将所述柔性薄膜进行预氧化稳定后，再进行碳化和氮掺杂，得到碳纳米纤维；将所述碳纳米纤维、硒源前驱体和钒源前驱体混合进行水热反应，得到复合薄膜；将所述复合薄膜进行热处理，得到所述花状二硒化钒@碳纤维纳米材料。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0023]本专利技术通过静电纺丝、预氧化稳定碳化和氮掺杂，制得碳纳米纤维，碳纳米纤维作为基体，通过水热反应使花状的二硒化钒纳米片原位包覆在碳纳米纤维上形成核壳结构，二硒化钒特殊的纳米结构具有高活性比表面积，可以提升储镁效率，从而使得镁离子和锂离子共同嵌入脱嵌，提高了电池容量，碳纳米纤维中具有一维电子传输特性的单根碳纳米纤维之间无序交叠，形成三维导电网络，为高倍率充放电提供了快速传递电子的能力，实现大功率放电和快速充电，三维多孔的碳纳米纤维能够缓冲充放电循环过程中产生的应力，减小活性材料的变形，保持其结构稳定，提高电池的循环稳定性。
[0024]本专利技术以碳纳米纤维具有柔性，可获得柔性复合结构材料，直接作为镁锂离子电池的正极获得柔性电池，可应用于需要弯折或其他变形方式的柔性耗电设备。此外，由于不需要集流体，粘结剂以及导电剂，因此电池的整体重量减轻，电池系统的能量密度提升。
[0025]并且，本专利技术中水热反应更加均匀，各向导电均匀，适合制备电池电极材料，避免了化学沉积存在晶体定向垂直的问题。
[0026]进一步地，本专利技术制得的碳纳米纤维具有超高长径比，交织形成多孔三维结构，能很好地缓冲由于充放电过程中高电荷密度的镁锂离子反复嵌入和脱嵌过程中带来的应力变化，从而减轻电极活性材料的形变，提高电池的循环稳定性。
附图说明
[0027]图1为实施例1中水热反应前后碳纤维的数码照片；
[0028]图2为实施例1中花状二硒化钒@碳纤维纳米材料和二硒化钒的SEM图像，其中a)为花状二硒化钒@碳纳米纤维的SEM图像，b)为二硒化钒的SEM图像；
[0029]图3为实施例1中花状二硒化钒@碳纤维纳米材料中C、N、V、Se元素的EDS能谱图；
[0030]图4为实施例1中花状二硒化钒@碳纤维纳米材料以及VSe2的XRD图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料制备方法，包括以下步骤；
[0032]将聚丙烯腈与有机溶剂混合，得到静电纺丝液；
[0033]对所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到柔性薄膜；
[0034]将所述柔性薄膜进行预氧化稳定后，再进行碳化和氮掺杂，得到碳纳米纤维；
[0035]将所述碳纳米纤维、硒源前驱体和钒源前驱体混合进行水热反应，得到复合薄膜；
[0036]将所述复合薄膜进行热处理，得到所述花状二硒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花状二硒化钒@碳纤维纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯腈与有机溶剂混合，得到静电纺丝液；对所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到柔性薄膜；将所述柔性薄膜进行预氧化稳定后，再进行碳化和氮掺杂，得到碳纳米纤维；将所述碳纳米纤维、硒源前驱体和钒源前驱体混合，进行水热反应，得到复合薄膜；将所述复合薄膜进行热处理，得到所述花状二硒化钒@碳纤维纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钒源前驱体中的钒元素、硒源前驱体中的硒元素以及碳纳米纤维的用量比为2～3mmol：4～6mmol：0.1～0.2g。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为200～220℃，时间为8～24h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为380～450℃，时间为2～5h，所述热处理在保护气体中进行。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化和氮掺杂的步骤包括：在氮气气氛中，从220℃升高到750～850℃，升温速率为3～4℃/min，保温6...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小溪，卢惠民，
申请(专利权)人：济南易航新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：