[发明专利]一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料及其制备方法和应用。所述复合材料由二硫化钒/碳量子点微米花构成，所述微米花呈玫瑰花状，所述任意一个微米花n片纳米片组成，所述n≥6，碳量子点均匀分布在纳米片上。由纳米片组装而成的多层级结构有利于电解液与活性物质的充分接触，再加上纳米片上均匀分布的碳量子点，对材料在充放电过程中的体积膨胀起到了一定的缓冲作用，从而极大改善了其用作钠离子电池负极材料时的电化学性能。本发明的制备方法，以水热法为基础，操作便易，反应条件可控，易于放大实验。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。

背景技术

近年来，随着锂离子电池的蓬勃发展，科学家越来越担忧锂元素含量较少、分布不均匀等缺点，特别是电池将要大规模应用在绿色电网储能方面，使得现有的电池在大规模电网储能方面进展缓慢。钠元素含量丰富、特别是全球分布广泛(地壳中金属元素含量居第四位，海水中含量丰富)，而且与锂具有极其相似的物理和化学性质，钠单质的理论比容量为1165mAh g^-1，并且相对应锂电位为0.3V，从钠资源的储存量和价格来说，钠具有比较大的优势，其碳酸盐的价格为150美元每吨，仅锂碳酸盐的3％，并且海洋中分布有大量的钠，提炼比较简单。最近几年相关科研工作者研究发现，钠离子电池展现出与锂离子电池接近的性能，因此开展钠离子电池相关工作对维持能源的可持续性发展具有极其重要的意义。金属硫化物具有独特的物理和化学性质，以及较高的放电比容量，通常多倍于碳/石墨基材料，是目前具有较好的研究前景的电极材料。钒基负极材料由于其理论容量高、多种价态和丰富的来源而被认为最有应用前途的电极材料之一。钒与硫之间的键合可以降低电极极化，提高其能量效率，减少由于粘结强度弱而产生的热效应。同时，钒硫化物具有许多独特的晶体结构，有利于钠离子的插入/脱出。不过，块体金属硫化物的实际使用中因缓慢的离子/电子传输动力学原因，重复的锂化过程中巨大的体积变化和结构坍塌，导致严重的粉碎和不稳定的固体电解质界面(SEI)膜反复形成，以致容量衰减和较差的倍率性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种比表面积大、颗粒均匀、结构稳定的具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料。

本发明的第二个目的在于提供一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料的制备方法。该制备方法简单易行，条件温和，所是产物形貌可控，具有较强的应用前景。

本发明的第三个目的是提供上述具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料在钠离子电池上的应用。所得钠离子电池具有高放电比容量、优异的循环稳定性。

一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料，所述复合材料由二硫化钒/碳量子点微米花构成，所述微米花呈玫瑰花状，所述任意一个微米花由n片的纳米片组成，所述n≥6，碳量子点均匀分布在纳米片上。

优选的，所述纳米片的厚度为30～70nm。作为进一步的优选，所述纳米片的厚度为40～60nm。

优选的，所述n为10～30。作为进一步的优选，所述n为15～25。

一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料的制备方法，包括如下步骤：

在含有钒源、硫源的溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮和碳量子点搅拌均匀获得混合液A，在混合液A中加入醇类有机溶剂中混合均匀，获得混合液B，混合液B进行水热反应，反应完成后，固液分离，获得固体颗粒洗涤、干燥后，即得玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料；

所述碳量子点在混合液A中的质量分数为1～4.5wt％。

一种具有玫瑰状二硫化钒/碳量子点复合材料的制备方法，所述含有钒源、硫源的溶液中钒源与硫源的摩尔比为1:2～15。作为优选，所述含有钒源、硫源的溶液中钒源与硫源的摩尔比为1:5～10。进一步的优选，所述含有钒源、硫源的溶液中中钒源与硫源的摩尔比为1:8。