一种钠硫电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钠硫电池正极材料及其制备方法和应用，通过溶剂热法，制备出一种由二维

【技术实现步骤摘要】
一种钠硫电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种钠硫电池正极材料及其制备方法和应用，特别涉及一种通过简单的溶剂热法制备得到的由二维二碲化钼
(MoTe2)
纳米片组装而成的三维花状结构材料，并在充当钠硫电池硫宿主材料时表现出优异的电化学性能，属于钠硫电池

。

技术介绍

[0002]便携式电子设备
、
电动汽车和大规模电网的快速发展极大地促进了高能量密度电池系统的发展
。
其中，可充电锂离子电池
(LIBs)
凭借其相对较高的能量密度和良好的循环寿命而广泛应用到现代社会的方方面面
。
然而，应用最广泛的
LIBs
由于其能量密度限制和稀缺的锂资源而难以在大规模储能中持续应用
。
因此，迫切需要追求其他高能量密度的新型电池体系
。
[0003]金属硫电池因其超高的理论能量密度和比容量
、
丰富的硫资源和环境友好性而被广泛认为是代替
LIBs
的理想电池候选
。
与高成本
(>250$kg
‑1)
和地壳资源有限
(0.0018wt
％
)
的锂相反，金属钠拥有低成本
(<5$kg
‑1)
和资源更丰富
(>2.5wt
％
)
的优势
。
其次，室温钠硫
(RT Na
‑
S)
电池具有与锂硫电池
(LSBs)
相似的化学性质和优势，如高理论能量密度
(1274Wh kg
‑1)、
资源丰富
(Na
和
S)
且无毒，因此
RT Na
‑
S
电池是一种技术上可行的
LIBs
替代品
。
然而，一些固有的障碍不可避免地阻碍了
RT Na
‑
S
电池的现实应用
。
首先，具有绝缘属性的
S
和
Na2S
会阻碍电子
/
离子的传输和多硫化物的氧化还原转化，从而导致极化增加和降低的硫利用率
。
其次，循环过程中硫的巨大体积膨胀
(170
％
)
会导致电极结构的崩溃
。
最后，可溶性多硫化物的穿梭行为会导致循环稳定性差和库仑效率低
。
[0004]过渡金属二硫族化物
(TMDs
，
MoX2(X
＝
S
，
Se))
已被广泛用作
LSBs
的正极催化剂载体材料，同时组装出的电池也表现出优异的电化学性能
。
然而，储能应用中的大多数
TMDs
受限于低电导率
、
较少的电催化位点和较差的电化学稳定性
。
作为
TMDs
的一种，二维钼基材料
(MoTe2)
具有更宽的层间距
0.699nm
，大于
MoS2(0.615nm)
和
MoSe2(0.646nm)。
一般来说，更大的层间空间可以更高效地容纳半径较大的
Na
+
，还可以有效提升电池在循环过程中
TMDs
的结构稳定性
。
同时，
Te
更高的电子电导率2×
102S m
‑1也加快了
Na
+
的传输速度，从而有效提升电池的可逆容量
。
此外，作用于
(Te
‑
Mo
‑
Te)
键的较弱的范德华相互作用可以削弱层间的作用力以储存过量的
Na
+
，而且没有明显的体积变化
。
然而，鲜有关于
MoTe2作为钠硫电池高效催化剂载体材料的报道
。
[0005]研究表明，多硫化物穿过电解液向负极扩散而引起的穿梭效应和缓慢的硫氧化还原反应动力学是导致钠硫电池电化学不稳定的根本原因，为了克服这一问题，考虑将硫与三维花状
MoTe2复合作为硫复合载体材料
。
其中，独特的三维花状结构不仅可以物理捕获多硫化物以防止穿梭，而且表面的二维纳米片更容易暴露丰富的活性位点以催化多硫化物的氧化还原反应
。
此外，极性材料
MoTe2展现出对多硫化物优异的化学吸附能力和高效的催化转化性能
。
因此，三维花状
MoTe2在充当钠硫电池硫载体材料时，其电池表现出稳定的循环性能和高倍率性能
。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本专利技术是目的在于提供了一种钠硫电池正极材料的制备方法及其正极极片
。
[0007]为达到上述目的，可以采用以下技术方案：一种钠硫电池正极材料，为
MoTe2/S
复合材料，是一种通过溶剂热法制备出的由二维
MoTe2纳米片组装而成的三维花状结构材料
。
[0008]制备所述的钠硫电池正极材料的方法，具体包括以下步骤：
[0009](1)
制备
MoTe2：
[0010]将
MoO3和
Te
粉末均匀溶解在
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺
(DMF)
和水合肼的混合溶液中，然后将混合溶液搅拌均匀，并转移到聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，冷却后，将反应产物离心，用
DMF
洗涤并干燥过夜以获得
MoTe2粉末；
[0011](2)
制备
MoTe2/S
：
[0012]将
MoTe2和升华硫均匀混合，然后转移到玻璃瓶中，并在管式炉中
Ar
气氛下加热反应实现均匀的硫分布，然后将获得的复合材料加热以消除材料表面过量的硫，得到
MoTe2/S
复合材料
。
[0013]所述步骤
(1)
中
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺和水合肼组成的混合溶液中两者体积比为
1:3。
[0014]所述步骤
(1)
中在聚四氟乙烯反应釜中溶剂热反应加热温度为
240℃
，保温时间为
24h。
[0015]所述步骤
(2)
中
MoTe2和升华硫质量比
1:9
～
1:3。
[0016]所述步骤
(2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠硫电池正极材料，其特征在于，为
MoTe2/S
复合材料，是一种通过溶剂热法制备出的由二维
MoTe2纳米片组装而成的三维花状结构材料
。2.
制备权利要求1所述的钠硫电池正极材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)
制备
MoTe2：将
MoO3和
Te
粉末均匀溶解在
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺
(DMF)
和水合肼的混合溶液中，然后将混合溶液搅拌均匀，并转移到聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，冷却后，将反应产物离心，用
DMF
洗涤并干燥过夜以获得
MoTe2粉末；
(2)
制备
MoTe2/S
：将
MoTe2和升华硫均匀混合，然后转移到玻璃瓶中，并在管式炉中
Ar
气氛下加热反应实现均匀的硫分布，然后将获得的复合材料加热以消除材料表面过量的硫，得到
MoTe2/S
复合材料
。3.
根据权利要求2所述的制备钠硫电池正极材料的方法，其特征在于，所述步骤
(1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高万秸，贺加瑞，贾奥，姚宏树，陆胤旭，吴宇平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：