[发明专利]一种N掺杂VSe2

说明书

本发明涉及一种N掺杂VSe₂/MXene钠电池阳极复合材料及其制备方法。所述阳极复合材料由阳极材料VSe₂和MXene形成复合材料，并掺杂N负载在复合材料上。本发明中VSe₂/MXene的复合结构增强了电子传输。N掺杂可以扩大碳材料的晶格间距，有利于钠离子的嵌入和脱出，本发明制备的钠电池阳极材料增强了电子和离子传输性，具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种N掺杂VSe₂/MXene钠电池阳极复合材料及其制备方法，属于钠电池电极材料的制备领域。

背景技术

人口和工业化的快速增长导致了世界范围内相当大的能源消耗。化石燃料的枯竭，加上相关的能源危机，正在导致寻找可再生和高效的能源储存系统，储存可再生能源产生的能量需要更复杂和高效的储存系统。电池是研究最广泛的储能系统；与任何其他设备相比，电池具有非常高的比能量的优势。二维过渡金属二元化合物（TMDs)由于其独特的性质，如高比表面积和大的范德华间隙，已被证明是一种很有前途的储能材料。TMDs是一类化学结构为MX₂的2D材料，其中M是过渡金属，夹在两个硫属元素原子(X)之间。金属VSe₂具有高导电性，由于夹层间距而具有优异的嵌入活性，多种电子特性和独特的电荷密度波诱导的结构不稳定性，这些特性使得VSe₂成为电极材料的绝佳候选材料。然而，层间范德华力使层状二硒化钒容易团聚成块状材料，大尺寸二氧化钒在钠离子的插入和提取过程中会发生严重的体积变化，从而导致电极粉化和循环稳定性差，不利于钠离子的大量储存。

为了克服上述存在的问题，研究人员致力于通过改良电池结构的设计，引入载体材料以及开发固态电解质等方式来解决和改善这些问题。本发明基于对载体材料进行进一步研发、创新，制备出一种N掺杂VSe₂/MXene钠电池阳极复合材料，有效的增强了钠电池阳极材料的导电性，加快电子传输，使其具有优异的循环稳定性。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种N掺杂VSe₂/MXene钠电池阳极复合材料，有效的增强了钠电池的导电性，加快了电子传输速度，使其具有优异的循环稳定性。

本发明的技术方案为：

一种N掺杂VSe₂/MXene钠电池阳极复合材料，所述阳极材料VSe₂和MXene形成复合材料并掺杂N负载在复合材料上。VSe₂/MXene的复合结构增强了电子特性。N掺杂可以扩大碳材料的晶格间距，有利于钠离子的嵌入和脱出。

上述N掺杂VSe₂/MXene钠电池阳极复合材料的制备方法，具体包括下列步骤：

（1）钒源与SeO₂按摩尔比1：2加入氮甲基吡咯烷酮（NMP）中，搅拌20~40分钟，再滴加甲酸（按NMP与甲酸体积比5~7：1~1.2滴加），继续搅拌，然后转移到不锈钢反应釜中，200~220℃保温24小时，降到室温，用水和乙醇各离心3~5次，50~60℃干燥10~13小时，得到粉体A。

（2）将步骤（1）所得粉体A与表面活性剂按质量比为10~12：1混合，获得混合物A，向混合物A中加入去离子水配成溶液，混合物A与去离子水的质量体积比为8-13:3，mg/mL，磁力搅拌2 h、加入吡咯单体，混合物A与吡咯单体的质量体积比为5-7:3，mg/uL，继续搅拌2 ~3h，混合溶液转移至冷浴中，加入引发剂，引发剂与去离子水的体积比为1~1.5：1，冷浴条件下反应20~26 h；离心，洗涤，干燥，得到粉体B；