一種氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的制備方法與流程

技術領域：

本發明屬于電池制備技術領域，涉及一種鈉離子電池負極片的制備方法，特別涉及一種氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的制備方法，通過在天然黑色素納米球上包裹了一層類石墨烯過渡金屬二硫化鉬，制備出氮摻雜的碳球/二硫化鉬(mos2)(carbonspheres,cs)(cs/mos2)材料，并制備成電池。

背景技術：
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鈉離子電池由于來源豐富、制備工藝簡單、無污染、價格低廉以及在自然界中分布廣等優點，一直被認為是鋰離子電池理想的替代品。目前研究較多的鈉離子電池負極材料主要是各種碳基材料，如石墨、中間相碳微球、硬碳等，碳基材料的電化學性能與其結構有密切關系，同時，金屬基材料由于較高的理論容量，也是一類理想的鈉離子電池負極材料，其中常見的有金屬合金、金屬氧化物及金屬硫化物等。二維過渡金屬硫化物具有低成本和高理論比容量的特點，成為鈉電池負極材料的研究熱點；由于層間距大、層間作用力比較弱，二維過渡金屬硫化物很容易實現鈉離子的可逆電化學脫嵌；其中，二硫化鉬是一種典型的二維過渡金屬硫化物，具有理論容量高的優點，但其導電性較差，導致其倍率性能不理想。因此本發明旨在提供一種氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的制備方法，結合二硫化鉬高理論比容量和氮摻雜碳球高導電性的優點，用于制備具有高充放電比容量、良好倍率性能和長循環壽命的鈉離子電池，具有良好的經濟效益和社會效益。

技術實現要素：
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本發明為了克服現有技術存在的缺陷，尋求設計一種氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的制備方法，通過在天然黑色素納米球上包裹了一層類石墨烯過渡金屬二硫化鉬，制備出氮摻雜的碳球/二硫化鉬的材料，并制備成電池。

為了實現上述目的，本發明涉及的氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的制備工藝，具體包括：

(1)將挑選好的墨魚囊破開并從中取出黑色液體，然后加入到超純水中進行離心洗滌2-10次后，再將離心后的黑色素放入透析袋進行透析提純，然后將提純后的黑色素進行冷凍干燥至粉末，得到天然黑色素粉末備用；

(2)按照重量配比取天然黑色素粉末分散到25-35倍重量比的超純水中，進行超聲10分鐘后制備出分散均勻的天然黑色素水溶液；

(3)按照重量配比取鉬酸鈉和硫代乙酰胺加入到20-30倍重量比的超純水中，進行超聲分散10-60分鐘后加入到步驟(2)制備的天然黑色素水溶液中，繼續磁力攪拌10-60分鐘后得到混合分散液；

(4)將步驟(3)得到的混合分散液放置在聚四氟乙烯反應釜中，在150-200℃下進行水熱反應24-36小時，然后進行洗滌干燥得到氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子復合納米材料粉末；

(5)將步驟(4)制備的cs/mos2復合納米材料粉末與superp(導電炭黑)和pvdf(溶于nmp)按照重量比為15:5:2的比例放入研缽中研磨成均勻的漿料，然后將漿料涂覆于銅箔上，將銅箔放置在溫度為60℃的紅外烤燈下烤至表面干燥，再將燈烤后的銅箔放置在真空烘箱中在100-120℃烘烤8-10h，然后將烘烤后的銅箔輥壓并切為直徑為12mm的電極片即得成品。

本發明涉及一種氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的主要原料重量份為：天然黑色素1-5份，鉬酸鈉1-20份，硫代乙酰胺8-40份，導電炭黑5-20份，pvdf(聚偏氟乙烯)0.001-0.1份，nmp(n-甲基吡咯烷酮)1-2份，銅箔20-200份；其中天然黑色素取自墨魚囊中，其余均為市售產品。

本發明與現有技術相比，其制備方法簡易、綠色環保且有效；從天然墨魚汁中提取黑色素，通過水熱法在其表面包裹二硫化鉬，由于黑色素的主要成分為聚多巴胺，水熱過程中變為氮摻雜的碳球，二硫化鉬納米片均勻的包覆在碳納米球上，納米片之間形成負載網絡，起到了良好的導電網絡；將制備的cs/mos2材料用做鈉離子電池的負極材料，提高了負極結構和界面的穩定性，改善了負極的循環穩定性，有利于商業化生產與應用；本發明制備的cs/mos2鈉離子電池，在80mag^-1電流密度下的首次放電比容量高達794mahg^-1；在1000mag^-1高電流密度下，仍保持在343mahg^-1。

附圖說明：

圖1為本發明制備的cs/mos2復合納米材料掃描電鏡圖。

圖2為本發明提取出的天然黑色素的透射電鏡圖。

圖3為本發明制備的cs/mos2鈉離子電池在80mag^-1的電流密度下的循環性能與庫倫效率圖。

圖4為本發明實施例制備的cs/mos2鈉離子電池的倍率性能。

具體實施方式：

下面通過實施例并結合附圖做進一步說明。

實施例1：

本實施例涉及的氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的制備工藝，具體包括：

(1)將挑選好的墨魚囊破開并從中取出黑色液體，然后加入到超純水中進行離心洗滌2-10次后，再將離心后的黑色素放入透析袋進行透析提純，然后將提純后的黑色素進行冷凍干燥至粉末，得到天然黑色素粉末備用；

(2)按照重量配比取天然黑色素粉末分散到25-35倍重量比的超純水中，進行超聲10分鐘后制備出分散均勻的天然黑色素水溶液；

(3)按照重量配比取鉬酸鈉和硫代乙酰胺加入到20-30倍重量比的超純水中，進行超聲分散10-60分鐘后加入到步驟(2)制備的天然黑色素水溶液中，繼續磁力攪拌10-60分鐘后得到混合分散液；

(4)將步驟(3)得到的混合分散液放置在聚四氟乙烯反應釜中，在150-200℃下進行水熱反應24-36小時，然后進行洗滌干燥得到氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子復合納米材料粉末；

(5)將步驟(4)制備的cs/mos2復合納米材料粉末與superp(導電炭黑)和pvdf(溶于nmp)按照重量比為15:5:2的比例放入研缽中研磨成均勻的漿料，然后將漿料涂覆于銅箔上，將銅箔放置在溫度為60℃的紅外烤燈下烤至表面干燥，再將燈烤后的銅箔放置在真空烘箱中在100-120℃烘烤8-10h，然后將烘烤后的銅箔輥壓并切為直徑為12mm的電極片即得成品。

本實施例涉及一種氮摻雜碳納米球/二硫化鉬鈉離子電池負極片的主要原料重量份為：天然黑色素1-5份，鉬酸鈉1-20份，硫代乙酰胺8-40份，導電炭黑5-20份，pvdf(聚偏氟乙烯)0.001-0.1份，nmp(n-甲基吡咯烷酮)1-2份，銅箔20-200份；其中天然黑色素取自墨魚囊中，其余均為市售產品。

將本實施例制得的鈉離子電池負極片與金屬鈉片和電解液組裝成鈉離子電池，用于進行恒流充放電測試，電解液為naclo4溶于體積比為1:1的碳酸乙烯酯(ec)和碳酸丙烯酯(pc)中，并且加入5vol％的氟代碳酸乙烯酯(fec)；循環伏安(cv)測試的電壓區間為0.01v-3v，掃描速度為0.1mvs^-1，測試儀器為chi610e電化學工作站，測試結果如下：

如圖3所示，cs/mos2在鈉離子電池中80mag^-1的電流密度下的循環性能。首次放電比容量為794mahg^-1，首次充電比容量為535mahg^-1，前34圈比容量一直為增長狀態，到34圈放電比容量達到600mahg^-1，隨后出現下降趨勢，80圈放電比容量仍保持在288mahg^-1左右。圖4為cs/mos2的倍率性能，在20，40，80，320，640，1000mag^-1的電流密度下其放電比容量分別為468，465，439，397，369，342mahg^-1。說明材料具有很好的倍率性能，這可能與生物質碳球良好的導電性能，提供了良好的電荷傳輸通道有關。