[发明专利]一种钒钨双金属硒化物材料的制备及其应用

说明书

本发明涉及钠离子电池储能材料技术领域，具体是指一种钒钨双金属硒化物材料的制备及其应用。包括以下步骤：步骤1，将金属盐和氧化石墨烯加入去离子水中，超声溶解制得产物A；步骤2，将三聚氰胺加入去离子水中，放入油浴锅内搅拌后加入甲醛溶液，制得产物B；步骤3，将产物A加入至产物B中搅拌，通过抽滤、洗涤、冷冻干燥后得到石墨烯基的钒钨盐前驱体，在惰性气体下进行硒化退火处理制得钒钨双金属硒化物。基于上述步骤，合成了一种石墨烯基双金属硒化物的异质结构材料，独特的异质结构界面为反应提供了丰富的活性位点，界面内形成的内置电场有效的增强了电池的动力学性能，并展现出较高的容量和优异的倍率性能，在储钠性能方面极具潜力。

技术领域

本发明涉及钠离子电池储能材料技术领域，具体是指一种钒钨双金属硒化物材料的制备及其应用。

背景技术

可充放电二次电池被认为是大规模存储新能源（太阳能、风能和氢能等）的一个有效手段，近年来取得了一系列的成就。目前锂离子电池已经成功得到商业化应用，然而全球的锂资源十分紧张，因此迫切需要寻找其替代品。

钠离子电池有着与锂离子电池类似的工作原理，而且丰富的钠资源为其成为下一代商业化二次电池提供了可能。然而钠离子的半径远大于锂离子，在不断的脱嵌过程中容易造成严重的体积膨胀，导致材料结构不稳定，电池寿命短、稳定性差、容量低等缺点。因此，开发适用于钠离子电池的电极材料迫在眉睫。

过渡金属硒化物是储能领域重要的电极材料之一，具有原料广泛、安全性高、比容量高等优点。但金属硒化物作为钠离子电池的负极材料，会在钠离子电池的脱嵌过程中，导致材料的体积剧烈变化，从而造成钠离子电池的放电比容量降低、稳定性和循环性能变差。因此解决金属硒化物在钠离子充放电过程中所面临的挑战至关重要。

发明内容

本发明目的在于提供一种钒钨双金属硒化物材料的制备及其应用，用于合成一种石墨烯基双金属硒化物的异质结构材料，独特的异质结构界面为反应提供了丰富的活性位点，界面内形成的内置电场有效的增强了电池的动力学性能，并展现出较高的容量和优异的倍率性能，在储钠性能方面极具潜力。

本发明通过下述技术方案实现：

一种钒钨双金属硒化物材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将金属盐和氧化石墨烯加入去离子水中，10℃-50℃超声溶解0.5h~1h，制得产物A；步骤2，步骤1完成后，将三聚氰胺加入去离子水中，再放入油浴锅内搅拌至60℃~80℃后加入甲醛溶液，制得产物B；步骤3，步骤2完成后，将产物A加入至产物B中10℃-50℃搅拌12h~24h，再通过抽滤、洗涤、冷冻干燥后得到石墨烯基的钒钨盐前驱体，最后在惰性气体下进行硒化退火处理制得钒钨双金属硒化物。需要说明的是，现有技术中，金属硒化物作为钠离子电池的负极材料，会在钠离子电池的脱嵌过程中，导致材料的体积剧烈变化，从而造成钠离子电池的放电比容量降低、稳定性和循环性能变差。

针对上述问题，提出了一种钒钨双金属硒化物材料的制备方法，利用共沉淀法合成钒钨盐前驱体，再通过高温惰性气氛硒化，其制备工艺简单、材料结构稳定，重复性好，可批量大规模生产通过上述方法，最终能够成功合成一种石墨烯基双金属硒化物的异质结构材料，其独特的异质结构界面为反应提供了丰富的活性位点，界面内形成的内置电场有效的增强了电池的动力学性能，并展现出较高的容量和优异的倍率性能，在储钠性能方面极具潜力。在制备前驱体的过程中，反应的时间对材料形貌会产生影响，时间过短，反应不充分，形貌无法完全形成；时间过长，材料发生堆积，本申请探究了反应时间最优为12～24 h。

进一步地，步骤1中的金属盐包括偏钒酸铵和偏钨酸铵，其中，钒盐与钨盐的质量比为1～3。在制备双金属硒化物异质结构的过程中，需要精确调控钒盐和钨盐的比例及其加入三聚氰胺的量，以获得具有最佳性能的钒钨双金属硒化物。

进一步地，步骤1中，氧化石墨烯为1％单层溶液。需要说明的是，单独的双金属硒化物之间容易发生层间的堆垛，影响二维异质结构的形成，因此引入氧化石墨烯，用以进一步诱导形成异质结构，其中，氧化石墨烯为1％单层溶液。