[发明专利]二硒化钒/碳基复合材料、制备方法及锂离子电池负电极

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其是一种二硒化钒/碳基复合材料、制备方法及锂离子电池负电极。

背景技术

近年来，随着混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车的快速发展，锂离子电池面临着越来越大的挑战。开发高比容量、高功率、长循环寿命和低成本锂离子电池成为其发展的必然方向。电极材料是锂离子电池体系的核心，其中负极材料是提高锂离子电池能量密度及循环寿命的重要因素。目前，商业化使用的负极材料大多为石墨负极材料。该类负极材料具有良好的充放电平台和结构稳定性，但其实际放电比容量(约为330毫安时/克)已接近其理论值(372毫安时/克)，无法满足新一代锂离子电池的需求。因此，开发、设计新型高容量的负极材料迫在眉睫。在寻找新型负极材料的过程中，一些金属二硫化物(MS₂)如MoS₂、WS₂等引起了研究者们的广泛关注。这类材料具有层状结构：金属原子层位于上下两层S原子之间，金属与S原子通过共价键连接，而S层与S层之间通过微弱的范德华力连接。早期的研究认为，这种与石墨类似的层状结构有利于Li⁺的快速嵌入脱出，因而可以作为锂离子电池电极材料。之后，研究者们对这类材料进行深度放电，发现其具有很高的首次放电比容量(高于1000毫安时/克)和循环比容量(高于600毫安时/克)，这引起了各国研究人员的极大兴趣。金属二硒化物如MoSe₂、VSe₂、SnSe₂等具有和层状二硫化物类似的结构。因此，这类材料也与层状二硫化物一样，有潜在的作为锂离子电池负极材料的可能性，但这方面的研究目前还非常少

发明内容

针对现有动力锂离子电池负极材料中存在的一些问题，本发明提出一种用于制备动力锂离子电池负极材料、且充放电容量高、循环性能好的二硒化钒/碳基复合材料及其制备方法，同时还提供了一种由所述二硒化钒/碳基复合材料制成的锂离子电池负电极。

二硒化钒/碳基复合材料，其特征在于，所述二硒化钒为六方晶系，两层Se层之间通过范德华力连接，V金属原子层位于两层Se原子之间，V原子与Se原子通过共价键连接；二硒化钒颗粒沉积在碳基材料上，或者二硒化钒颗粒的表面至少部分被碳基材料包覆，形成类核壳结构的二硒化钒/碳颗粒，且二硒化钒/碳颗粒之间有碳网相连。

二硒化钒/碳基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按摩尔比为(1～2):(1～2):(1～2)称取硒源、金属钒源、还原剂，添加表面活性剂，然后溶解在蒸馏水中，形成钒离子浓度为0.01mol/L-0.1mol/L的溶液，最后加入碳源，控制最终产物中碳的含量为3～10wt％；

(2)将步骤(1)所得混合物转移到高压反应釜内，于100～220℃加热10～72小时，自然冷却，得黑色的产品，进行离心、洗涤，于50～120℃真空干燥，得到二硒化物/碳基复合材料。

优选地，所述硒源为Na₂SeO₃或SeO₂，所述金属钒源为Na₃VO₄或NH₄VO₃，所述还原剂为甲酸、硼氢化钠、水合肼中的一种。

优选地，所述碳源为无机碳源，为乙炔黑、导电炭黑super P、多孔导电碳黑Ketjenblack EC600JD、微孔超导碳黑BP2000、碳纳米纤维、有序介孔碳、多孔碳、氧化石墨烯、石墨烯中的一种。

优选地，所述碳源为有机碳源，为柠檬酸、月桂酸、蔗糖、葡萄糖和聚乙烯醇中的一种或多种。

优选地，所述表面活性剂为聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物中的一种。

由所述二硒化钒/碳基复合材料制成的锂离子电池负电极，其特征在于，包括集流体，以及附着在集流体上由二硒化钒/碳基复合材料、导电剂、粘结剂按(7～9):(0.5～3)：(0.5～3)质量比经均匀混合粘结而成的膜。

优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶及羧甲基纤维素钠中的一种。

优选地，所述膜的厚度为50～300μm。

优选地，所述集流体为铜箔、泡沫铜、泡沫镍的一种，所述的导电剂为乙炔黑、碳黑、科琴黑、石墨、碳纤维中的一种或几种。