【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学和纳米复合材料，更具体的涉及一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法。
技术介绍
1、具有层状结构的过渡金属硫化物(ms2，如ws2、mos2、vs2)通常具有较高的理论比容量和可调的层间距。同时，相较于过渡金属氧化物的m-o键，ms2的m-s键更弱。因此，在电化学储能过程中(如：钠离子电池)，ms2基负极材料非常有利于钠离子的嵌入与转化反应的发生。然而，受限于较大的钠离子半径，ms2负极材料在充放电过程中往往面临更加缓慢的离子/电子迁移速率、较为明显的体积效应以及电解液的持续分解等问题，不利于电极结构以及固体电解质界面(sei)的稳定，导致电池容量持续衰减，进而严重损害电池循环寿命以及大电流充放电能力。多孔复合材料的构筑可同时兼具以上多个方面的改性策略，表现出独特的物理和化学性质，在电化学储能领域具有重要的应用价值与发展前景。例如：(1)多孔材料通常具有较高的比表面积、较大的孔体积以及丰富的孔隙结构，不仅可以提供更多的表面活性位点，还可以有效缩短离子/电子的传输路径，加速离子/电子传输；(2)活性物质之间的多孔孔隙有利于缓解电极材料在充放电过程中的体积效应，进而保持活性物质在充放电过程中的结构稳定性；(3)与高导电的碳材料复合不仅可以促进电极材料表面的电荷转移，还可有效保持电极的结构稳定性，防止电极材料在循环过程中出现粉化、脱落的现象，进而改善电池的电化学性能。多孔负极材料的构筑可有效提升电极材料的循环稳定性和倍率性能。然而，由于较高的比表面积，多孔电极材料表界面处不稳定sei膜的形成加大了对na+的
2、针对以上问题，目前大量的改性工作主要集中在电极材料的微纳结构设计、过渡金属原子掺杂以及与高导电碳材料复合等方面，即通过提高离子/电子传输速率和结构稳定性来提高其循环寿命和倍率性能。在制备方法中，中国专利技术专利cn115207285a公开了一种二硫化钼@二硫化钨@碳布复合纳米材料，以提高其储钠性能。但是该方法在制备过程中不仅需要用浓硝酸对碳布进行预处理，而且需要经过多步溶剂热或者高温水热处理制备得到该复合材料。其制备过程繁琐且存在一定的危险性。此外，中国专利技术专利cn109378470a公开了一种钒掺杂二硫化钨复合材料的制备方法，但是该方法需要升温至800～1000℃，并恒温焙烧2～6h。因而该方法存在极大的安全隐患并且能耗较大，并且制备得到的复合材料在应用于锂离子电池时，对电池首次库伦效率的改善效果并不明显。中国专利技术专利cn113206232b公开了一种有序介孔单层金属硫化物/氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用，尽管该专利技术专利所制备的材料作为钠离子电池负极材料时，展现出了较高的可逆比容量以及优异的倍率性能，但是其首次库伦效率较低，因而该方法对钠离子电池首次库伦效率的提升还有待进一步改进。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提供了一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，制备得到的过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料具有较高的首次库伦效率。
2、本专利技术的第一个目的是提供一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，按照以下步骤进行制备：
3、步骤1、将过渡金属盐和硫脲溶于水中，进行水浴搅拌均匀后，然后加入介孔二氧化硅模板，水浴搅拌均匀，加入钨盐，水浴搅拌使其充分溶解分散，蒸发溶剂后得到粉末；
4、步骤2、将粉末在惰性气体气氛下煅烧后，除去介孔二氧化硅模板，冷冻干燥，得到过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料。
5、优选的，步骤1中，介孔二氧化硅模板、硫脲、钨盐与过渡金属盐的质量比为1：0.5～1.27：0.2～0.45：0.1～0.21；介孔二氧化硅模板与水的比例为1g：20ml。
6、优选的，步骤1中，所述过渡金属盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。
7、优选的，步骤1中，所述钨盐选自磷钨酸、钨酸钠、钨酸铵或硫代钨酸铵。
8、优选的，步骤2中，煅烧方法是，以2-10℃/min的升温速率从室温升温至500～900℃，保温1～3h，自然冷却至室温。
9、优选的，步骤2中，除去介孔二氧化硅模板的方法是5～10wt％hf或0.5～2.0mol/l的naoh除去二氧化硅模板。
10、优选的，步骤2中，冷冻干燥温度为-45～-85℃，干燥时间为12～48h。
11、本专利技术的第二个目的是提供上述改性方法制备得到的过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料。
12、本专利技术的第三个目的是提供上述过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料在作为钠离子电池负极材料中的应用。
13、针对以上问题，本专利技术具有以下有益效果：
14、(1)本专利技术以介孔二氧化硅模板孔道中尚存的嵌段共聚物或者表面活性剂为有机碳源，将过渡金属盐、硫脲以及钨盐前驱体填入模板孔道中。在惰性气体保护下，原位形成过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料，可有效调制电极表面电子结构和化学性质，促进充放电过程中稳定sei膜的形成。无定型碳骨架的存在，不仅可防止单层/少层二硫化钨在充放电过程中再次堆叠，降低活性位点，还可以有效缓解它们的体积膨胀效应，从而达到提高二硫化钨多孔负极材料首次库伦效率，进而改善其储钠性能的目的。
15、(2)本专利技术将制备的过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料作为钠离子电池负极材料，展示了较高的首次库伦效率，以及优异的循环稳定性和可逆比容量。
16、(3)本专利技术在制备过程中具备步骤简单、环境友好、成本低廉、安全性高、产量大等优势。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，按照以下步骤进行制备：
2.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤1中，介孔二氧化硅模板、硫脲、钨盐与过渡金属盐的质量比为1：0.5～1.27：0.2～0.45：0.1～0.21；介孔二氧化硅模板与水的比例为1g：20mL。
3.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤1中，所述过渡金属盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。
4.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤1中，所述钨盐选自磷钨酸、钨酸钠、钨酸铵或硫代钨酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤2中，煅烧方法是，以2-10℃/min的升温速率从室温升温至500～900℃，保温1～3h，自然冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的
7.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤2中，冷冻干燥温度为-45～-85℃，干燥时间为12～48h。
8.一种权利要求1-7任一项改性方法制备得到的过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料。
9.一种权利要求8所述的过渡金属原子掺杂改性的二硫化钨/碳多孔复合材料在作为钠离子电池负极材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，按照以下步骤进行制备：
2.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤1中，介孔二氧化硅模板、硫脲、钨盐与过渡金属盐的质量比为1：0.5～1.27：0.2～0.45：0.1～0.21；介孔二氧化硅模板与水的比例为1g：20ml。
3.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤1中，所述过渡金属盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化镍、硝酸镍或硫酸镍。
4.根据权利要求1所述的一种提高多孔储钠负极材料首次库伦效率的改性方法，其特征在于，步骤1中，所述钨盐选自磷钨酸、钨酸钠、钨酸铵或硫代钨酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种提高多孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：张星，吕蓓，张红定，邢振华，李晴，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：
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。