[发明专利]一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用

说明书

本申请涉及一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用，所述方法包括如下步骤：将钼‑聚苯胺框架作为前驱体，经高温热处理，转化为碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的储钠材料；通过水热硒化，在二氧化钼纳米颗粒表面生长出少层硒化钼纳米片；经氨/氮混合气处理，将剩余二氧化钼转化成富氮氮化钼，得到碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料。本发明制得的储钠材料可有效提高氮化钼纳米颗粒的结构和循环稳定性，引入丰富的异质界面和电化学活性位点，提高反应动力学和氮化钼纳米颗粒的实际容量，具有突出的倍率性能和超长的循环稳定性，有效解决了氮化钼比容量低和多层硒化钼循环稳定性差的问题。

技术领域

本申请涉及二次电池领域，具体涉及一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用。

背景技术

锂离子电池已普遍使用在移动设备和电动汽车等产品，但锂在地壳中含量稀缺，且分布不均。随着锂离子电池的不断发展，其成本逐渐上升，如何寻找其他低成本、储量丰富的新型替代储能器件迫在眉睫。钠的含量丰富，在地壳中的丰度为2.75%，且全球分布均匀，同时，钠和锂具有相似的物理化学性质和近似电池工作原理。然而，在实际使用过程中，钠离子的半径比锂离子半径大，传统的锂离子电池用负极材料呈现出反应动力学缓慢、体积膨胀大和结构坍塌严重等问题，致使能量密度低、倍率和循环稳定性差。

氮化钼具有良好的金属属性和较高的理论容量，但在实际应用过程中，由于钠离子半径大，通常导致离子在其体相中扩散迟滞，容量利用不完全。同时，严重的体积变化易导致结构坍塌，呈现出较差的能量密度和循环稳定性。硒化钼具有独特的片状结构和表面特性，能为钠离子存储提供双面活性位点，表现出较高的实际容量。然而，在充放电过程中，纳米片较高的表面能易使片层团聚和结构坍塌，造成较大的容量衰减。

公开号为CN110400916A的专利文献公开了一种二硒化钼纳米片修饰的碳纤维复合材料制备方法，通过静电纺丝和高温碳化法制备得到钼基碳纳米纤维，再通过热处理技术生长硒化钼纳米片，得到二硒化钼纳米片修饰的碳纳米纤维复合材料，使得电化学过程中电子可以快捷有效地传输，增强导电性，但对于缓解体积变化，增强结构稳定性方面，不具有良好的改进效果。

公开号为CN107955598B的专利文献公开了一种硒化钼纳米片/氮掺杂碳核壳结构复合材料及其制备方法和应用，克服了硒化钼本体材料活性低的缺点，有效缓解硒化钼在使用过程中因体积膨胀造成的不稳定性，但在提高基底材料能量密度、倍率和循环稳定性方面，未体现出良好的改进效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料及其形成方法和应用，利用少层硒化钼纳米片，在提高基底材料能量密度的同时，有效缓解自身结构的堆叠和团聚，使电极材料获得明显提升的循环稳定性能，并通过少层的硒化钼纳米片与氮化钼的结合，缓解体积变化，增强导电性和结构稳定性。从而克服现有技术中存在的体积膨胀大、结构坍塌严重、能量密度低、倍率和循环稳定性差的缺陷，有效解决氮化钼比容量低和多层硒化钼循环稳定性差的问题。

本发明采取的第一种技术方案是：一种碳封装氮化钼表面修饰少层硒化钼纳米片储钠材料的形成方法，包括如下步骤：

S1：将钼酸铵充分溶解在去离子水中，搅拌后逐滴加入苯胺，继续搅拌，然后加入稀盐酸，继续搅拌直至产生大量乳白色沉淀，将所述乳白色沉淀转移到油浴锅中，油浴加热并持续搅拌，经过滤、清洗和干燥后，得到钼-聚苯胺框架；

S2：将S1中得到的钼-聚苯胺框架作为前驱体置于管式炉中，在高纯氩气中进行不低于500摄氏度的高温热处理，得到碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料；

S3：将S2中得到的碳纳米棒束原位析出二氧化钼纳米颗粒的复合材料溶解在去离子水中，再加入硒粉和水合肼溶液，置于聚四氟乙烯内衬中，均匀搅拌后，在不锈钢高压反应釜中进行水热反应，经过滤、清洗和干燥后，得碳封装二氧化钼表面修饰少层硒化钼纳米片复合材料；