[发明专利]一种榆钱状二硒化钼@氮掺杂碳纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种榆钱状二硒化钼@氮掺杂碳纳米纤维及其制备方法和应用，属于离子电池领域。本发明通过静电纺丝和热处理制备出氮掺杂碳纳米纤维柔性薄膜作为基体，通过水热反应使榆钱状的二硒化钼纳米片原位包覆在氮掺杂碳纳米纤维上形成核壳结构，二硒化钼特殊的纳米结构具有高活性比表面积，可以提升储铝效率，获得高比容量，氮掺杂碳纳米纤维形成三维导电网络，为高倍率充放电提供了快速传递电子的能力，实现大功率放电和快速充电，三维多孔的氮掺杂碳纳米纤维能够缓冲充放电循环过程中产生的应力，减小活性材料的变形，保持其结构稳定，提高电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及离子电池技术领域，尤其涉及一种榆钱状二硒化钼@氮掺杂碳纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济发展和生活水平的提高，电动汽车和便携电子设备的需求量随之增长。目前，电动汽车和便携电子设备主要依靠锂离子电池作为电源。然而，由于锂资源有限价格升高，一方面增加了锂离子电池的成本，另一方面其供应的可持续性也令人担忧。因此，发展低成本，高储量的金属离子电池作为锂离子电池的替代或补充成为研究热点。铝的储量丰富，价格低，在可持续发展的观点来看，是代替锂作为金属离子电池负极的理想材料。然而，铝离子由于具有三个正电荷，导致其表面电荷密度远高于锂离子，因而会与正极储能材料的基体之间产生强烈的静电相互作用，其储能效率远不及锂，这一缺点也是限制铝离子电池实际应用的主要问题。为了克服铝离子电池的这一缺点，需要构建高电子和离子传输能力的正极结构，从而提高铝离子电池的储能效率。二硒化钼与二硫化钼相比，其作为储铝电极材料具有两个明显优势：1)层间距(0.65nm)比二硫化钼大(0.62nm)，层间距大，则铝离子的嵌入/脱嵌阻力小。2)二硒化钼的导电性比二硫化钼强，则铝离子在二硒化钼层间的扩散能力更强。以上两点在电池性能中的具体表现就是倍率性能的提升。所以，二硒化钼作为铝离子电池正极材料具有很大的发展潜力。

现有技术中，将二硒化钼作为铝离子电池正极材料存在比容量低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种榆钱状二硒化钼@氮掺杂碳纳米纤维及其制备方法和应用。本发明中，榆钱状的二硒化钼均匀包覆在氮掺杂碳纳米纤维表面，使电极活性材料与电解液的接触面积增大，有效储铝位点增加，提高了电极活性材料的利用率，从而提高电池的比容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种榆钱状二硒化钼@氮掺杂碳纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

将聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺混合，得到前驱体溶液；

将所述前驱体溶液进行静电纺丝，得到柔性薄膜；

对所述柔性薄膜进行热处理，得到氮掺杂碳纳米纤维；

将所述氮掺杂碳纳米纤维、钼源前驱体和硒源前驱体混合后进行水热反应，得到水热产物；

将所述水热产物在氮气中进行热处理，得到所述榆钱状二硒化钼@氮掺杂碳纳米纤维。

优选地，所述聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的质量比为0.5～0.8:5～8。

优选地，所述静电纺丝的电压为18～20KV，针头与接收板的距离为15～20cm，推进速度为10～15μL/min，温度为35～40℃，湿度为40～45％。

优选地，所述柔性薄膜进行热处理依次包括在空气气氛下进行2～3小时的预氧化，然后在氮气中进行碳化和原位氮掺杂，所述预氧化的温度为230～240℃，所述碳化和原位氮掺杂的温度独立的为850～860℃，所述碳化和原位氮掺杂的保温时间总和为6～8h。

优选地，由预氧化的温度升温至碳化和原位氮掺杂的温度的升温速率为3～5℃/min。

优选地，所述水热反应的温度为200～220℃，时间为10～12h。