[发明专利]一种四硫化钒-氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种四硫化钒‑氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用，属于钠离子电池电极材料的制备技术领域。本发明提供的所述四硫化钒‑氮掺杂碳管复合材料的制备方法，包括以下步骤：将吡咯、引发剂和甲基橙水溶液混合，进行聚合反应，得到聚吡咯；将所述聚吡咯进行煅烧，得到氮掺杂碳管；将所述氮掺杂碳管、钒源、硫源和反应溶剂混合，进行溶剂热反应，得到四硫化钒‑氮掺杂碳管复合材料。本发明制备的四硫化钒‑氮掺杂碳管复合材料的颗粒分布均匀，具有较高的可逆比容量，且具有良好的电化学循环性能和倍率性能；本发明的制备方法简单、流程短、生产成本低。

技术领域

本发明涉及钠离子电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种四硫化钒-氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们对可持续、可再生的清洁能源存储系统要求的不断提高，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长和环保等优点，近年来在储能领域得到了广泛的应用。但是由于锂资源的短缺，锂电池在大规模商业化中的应用受到限制，钠资源丰富且具有与锂相似的性质，钠离子电池被认为是锂离子电池最有可能的潜在替代品。

四硫化钒具有独特的线性链结构，通过弱的链间范德华力连接，链间距离为0.583nm，远大于钠离子的直径(0.196nm)，大的链间距有利于钠离子的嵌入和脱出。此外，由于四硫化钒的高硫含量，更多的钠离子可以参与电化学反应，使其具有较大的理论比容量，被认为是一种很有前途的钠离子电池负极材料。Pang等(Q.Pang,Y.Zhao,Y.Yu,X.Bian,X.Wang,Y.Wei,Y.Gao,G.Chen,VS4 Nanoparticles Anchored on Graphene Sheets as aHigh-Rate and Stable Electrode Material for Sodium Ion Batteries,ChemSusChem.11(2018)735-742.)制备了VS₄/GS-2复合材料，在电流密度为0.1A/g的情况下，经过100次循环，其可逆比容量为349mAh/g；Sun等(R.Sun,Q.Wei,Q.Li,W.Luo,Q.An,J.Sheng,D.Wang,W.Chen,L.Mai,Vanadium Sulfide on Reduced Graphene Oxide Layeras a Promising Anode for Sodium Ion Battery,ACS Appl Mater Interfaces.7(2015)20902-8.)报道的VS₄在0.1A/g下，50次循环后的可逆比容量约为320mAh/g；Li等(W.Li,J.Huang,L.Cao,L.Feng,C.Yao,Controlled construction of 3D self-assembledVS4nanoarchitectures as high-performance anodes for sodium-ion batteries,Electrochim.Acta,274(2018)334-342.)报道的自组装四硫化钒微球，在电流密度为0.5A/g的情况下，经过200次循环，其可逆比容量为225mAh/g；然而，由于脱硫过程中的不可逆转化，使得四硫化钒的实际容量远小于理论容量。

因此，设计和制备高容量、长循环稳定的四硫化钒钠离子负极材料仍然是研究人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四硫化钒-氮掺杂碳管复合材料及其制备方法和应用，所制备的四硫化钒-氮掺杂碳管复合材料容量高，循环稳定性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种四硫化钒-氮掺杂碳管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将吡咯、引发剂和甲基橙水溶液混合，进行聚合反应，得到聚吡咯；

将所述聚吡咯进行煅烧，得到氮掺杂碳管；

将所述氮掺杂碳管、钒源、硫源和反应溶剂混合，进行溶剂热反应，得到四硫化钒-氮掺杂碳管复合材料。