[发明专利]一种钠离子电池硒化钼基负极复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池硒化钼基负极复合材料及其制备方法，属于钠离子电池领域。

背景技术

伴随不可再生能源减少、环境问题日益严峻，小型分离移动电源需求呈爆炸式增长趋势，各种可充电电化学电源越来越受到重视。尤其自从上世纪90年代新型化学电源锂离子电池问世以来，作为第三代可充电电池具有比能量大、循环性能好、工作电压高、寿命长和污染小等优异性能而备受关注，并且广泛应用于混合动力汽车、电能存储设备、移动电子设备。随着混合动力汽车以及电能储存设备的需求量的增加，锂的消耗也急剧增长。然而，考虑到锂在地壳中的元素含量相对较少，因此开发新型的电池体系迫在眉睫。

钠离子电池是近年来快速发展的高性能储能体系。钠在自然界中的储量非常丰富，约占地壳的2.74％，并且广泛分布，有效地降低了成本。同时钠与锂同为第I主族元素，两者具有相似的化学特性。钠离子电池作为一种浓差电池，其工作原理类似于锂离子电池的“摇椅”式原理。正负极由两种不同的钠离子嵌入式化合物组成，充电时，Na⁺从正极脱嵌后经过电解质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子作为补偿电荷经外电路传递到负极，维持正负极的电荷平衡；放电时，Na⁺与电子反向迁移恢复到初始状态。在正常的充放电过程中，理想钠离子电池电极材料随Na⁺的嵌入与脱出，其晶体结构保持不变，从而保证电池具有较长的使用寿命。因此，钠离子电池具有和锂离子电池类似的脱嵌机制和性能优势。从而钠离子电池被认为是动力型和大规模储能领域用电器的理想选择。但是，考虑到金属钠作负极在反复充放电过程中金属钠会在电极表面发生不均匀沉积，产生枝晶，穿透隔膜，引起电池内部短路，从而给社会生产和生活产生巨大安全隐患。因此，获得高能量密度、高倍率、高循环稳定性的负极材料成为了钠离子电池的研究热点和重点。

目前，研究较多的钠离子负极材料主要是各种碳基材料，如石墨、中间相碳微球、硬碳等，碳基材料的电化学性能与各自结构有关。例如石墨作为锂离子电池成熟的负极材料，具有较高的储锂容量，但是其储钠的能力很弱，普遍认为是钠离子半径与石墨层间距不匹配所致。而无定形碳的石墨化程度低，其结构主要是由大量无序的碳微晶交错堆积而成，石墨层间距大，又含有大量纳米微孔，为钠离子的储存提供了理想的活性位点，因此无定型碳材料(中间相碳微球、硬碳等)具有较高的可逆储钠容量，但是此类材料循环稳定性差，容量衰减快，极大限制了其在钠离子电池中应用。

最近，二维层状过渡金属硫属化合物如MoS₂、MoSe₂其结构与石墨烯类似，也可作为钠离子电池负极材料。层状过渡金属硫属化合物由许多片层堆叠而成，而每层都由许多结构牢固的X-M-X组成。而在层与层之间，通过很弱的范德法力连接形成层状结构。由于其层间距较大而且层与层之间的作用力较弱，因此钠离子很容易实现可逆电化学脱嵌，从而能增大材料的储钠容量和倍率性能，对其循环稳定性也有提高。硒化钼是一种极具前景的较窄能带的半导体材料，具有薄层状晶体结构。硒化钼的理论能带值经光电子光谱测试为1.4eV左右，与阳光光谱极为符合。由于硒化钼的光跃迁位于非键金属d状态之间，因此具有很好的抗光腐蚀稳定性。硒化钼的这些优异特性使得其在光催化相关领域(如太阳能电池、污染修复剂、水分解制氢等)具有很大的潜在应用价值，并在储锂储钠方面具有很好的应用前景。但目前合成的硒化钼材料尺寸过大、结构单一限制了其在钠离子电池中的应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种钠离子电池硒化钼基负极复合材料，可避免硒化钼材料尺寸过大导致性能衰减，可用于制备具有高充放电比容量、良好倍率性能和长循环寿命的钠离子电池。

本发明的另一个目的是在于提供一种工艺简单、重复性好，成本低廉，环境友好的制备上述钠离子电池的硒化钼基负极复合材料的方法。

本发明的钠离子电池的硒化钼基负极复合材料为硒化钼/中空碳纳米纤维负极复合材料。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

硒化钼纳米片均匀沉积生长在中空碳纳米纤维表面，通过中空碳纤维与复合在其上面的二维硒化钼构建三维导电网络；其中，中空碳纳米纤维和硒化钼纳米片中的硒来自于中空碳纳米纤维的前驱体；所述的前驱体为以硒为内芯外层包覆有碳纳米纤维的线型复合材料；