氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒制造技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒/硫复合材料及其制备方法及其在锂硫电池中的应用


[0001]本专利技术属于锂硫电池
，具体涉及一种氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料及其制备方法及其在锂硫电池中的应用
。

技术介绍

[0002]近年来，在全球气候变暖问题日益突出和生态环境逐渐恶化的大背景下，电力和交通行业是实现碳中和的关键行业，风电
、
光伏等清洁能源发电具有很大潜力，但存在波动性并且产生的新能源电力并网消纳存在问题
。
我国新能源产业发展欣欣向荣，开发新能源技术的需求更加迫切
。
锂离子电池作为电化学储能的主要形式，然而，大规模电力储能技术发展和新能源车快速普及对锂离子电池在高安全
、
低成本
、
高能量密度
、
长寿命等方面的要求不断提升，当前的锂离子电池能量密度已逐渐达到其使用极限，提升空间有限，开发下一代高能量密度电池势在必行
[0003]相比较锂离子电池，锂硫电池在能量密度
(2500Wh kg
‑1)、
高理论容量
(1675mA h g
‑1)、
原料储量
、
生产成本
、
环境友好等方面具有优势，被认为是很有潜力的高能量密度存储系统技术路线
。
[0004]然而，硫电池在充放电过程中存在很多问题，导致电池实际容量发挥较低
、
衰减较快且循环稳定性差，制约其商业化发展
。
主要包括以下几点：
(1)
反应物和产物的绝缘性，硫单质电子电导率为5×
10
‑
30
S cm
‑1，
Li2S
电子电导率为
3.6
×
10
‑7S cm
‑1；
(2)
反应过程中电极发生体积膨胀，充放电反应过程中，硫正极会发生体积膨胀，使电极结构破裂，电接触变弱和活性物质流失，导致电池容量衰减；
(3)
多硫化物
(LiPSs)
溶于电解液，反应的中间产物多硫化物溶解在电解液中在正负极之间穿梭，会造成电池容量衰减和库仑效率；
(4)
锂枝晶会产生安全隐患
。
锂硫电池的倍率能力和长循环寿命仍有待进一步提高
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料及其制备方法，该复合材料中，独特的管状结构具有较高的比表面积，可以实现氮化钼在管状通道中的均匀分布，从而在电化学过程中有效吸附
LiPSs。
此外，均匀分布的氮化钼纳米粒子能够强烈锚定
LiPSs
，有效催化
LiPSs
中
Li
‑
S
键的裂解，促进转化反应
。
而且氮掺杂碳纳米管为电解液的快速传输提供了通道，促进了锂离子的传输
。
[0006]本专利技术还提供了一种锂硫电池正极和锂硫电池，以本专利技术所述的氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料作为活性材料来制备锂硫电池正极，进而组装成锂硫电池，该锂硫电池具有较好的循环稳定性和倍率性能
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)
将三氧化钼纳米棒材料
、
吡咯超声分散于去离子水中，0～
10℃
摇床振荡5～
48h
，然后于
80
～
220℃
水热反应6～
48h
，冷却后经过滤
、
洗涤
、
干燥，得到聚吡咯包覆的三氧化钼纳米棒材料；再将其在惰性气氛中进行高温碳化；然后再在氨水中浸泡蚀刻，经洗涤
、
干燥后得到空心的二氧化钼
/
氮掺杂碳纳米管材料；
[0010](2)
将二氧化钼
/
氮掺杂碳纳米管材料在氨气气氛中进行加热，得到氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒复合材料；
[0011](3)
将氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒复合材料与硫粉混合均匀，在惰性气氛中密封加热进行熏硫，得到氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料
。
[0012]步骤
(1)
中，所述三氧化钼纳米棒
、
吡咯
、
去离子水的用量比为
0.2g
：
80
～
240
μ
L
：
100
～
200mL。
[0013]步骤
(1)
中，所述摇床振荡的时间优选为
10
～
18h
；所述水热反应的条件优选为
100
～
120℃
水热反应
12
～
20h。
通过在低温下摇床振荡可以使吡咯均匀分散在三氧化钼纳米棒材料表面，这样经过水热反应后聚吡咯能够均匀包覆在三氧化钼纳米棒材料表面
。
[0014]步骤
(1)
中，所述高温碳化反应的条件为
300
～
500℃
反应
0.5
～
4h
，优选为
350
～
400℃
反应1～
2h。
[0015]步骤
(1)
中，所述氨水的浓度为3～
8mol L
‑1，优选为
5mol L
‑1；三氧化钼
/
二氧化钼
/
氮掺杂碳纳米棒材料与氨水的用量比为
0.2g
：5～
30mL
；在氨水中的浸泡时间为1～
10h
，优选为2～
5h。
[0016]步骤
(1)
中，所述惰性气氛为氮气或氩气
。
[0017]步骤
(2)
中，所述加热的条件为：
600
～
1000℃
加热保温1～
6h
，优选为
700
～
850℃
加热保温反应2～
4h。
[0018]步骤
(3)
中，所述加热熏硫的条件为
125
～
185℃
保持6～
48h
，优选为
150
～...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
将三氧化钼纳米棒材料
、
吡咯超声分散于去离子水中，0～
10℃
摇床振荡5～
48h
，然后于
80
～
220℃
水热反应6～
48h
，冷却后经过滤
、
洗涤
、
干燥，得到聚吡咯包覆的三氧化钼纳米棒材料；再将其在惰性气氛中进行高温碳化；然后再在氨水中浸泡蚀刻，经洗涤
、
干燥后得到空心的二氧化钼
/
氮掺杂碳纳米管材料；
(2)
将二氧化钼
/
氮掺杂碳纳米管材料在氨气气氛中进行加热，得到氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒复合材料；
(3)
将氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒复合材料与硫粉混合均匀，在惰性气氛中密封加热进行熏硫，得到氮掺杂碳纳米管封装氮化钼纳米颗粒
/
硫复合材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述三氧化钼纳米棒
、
吡咯
、
去离子水的用量比为
0.2g
：
80
～
240
μ
L
：
100
～
200mL。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述高温碳化反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊海，杨洁，黄家锐，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：