【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新能源材料與器件，具體涉及一種碳化鉬/氮摻雜碳復合材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、在全球能源危機日益加劇和環保意識不斷提高的背景下，電化學儲能技術的突破性進展已成為推動高效、清潔和可持續能源發展的關鍵。在眾多新型電化學儲能技術中，基于單質硫的多步多電子可逆氧化還反應的鋰硫(li-s)電池具備高理論比容量(1675mah?g-1)、豐富的硫資源及良好的環境友好性等優勢，被視為下一代電化學儲能系統最具前景的候選者之一。
2、然而，li-s電池在性能提升和商業化方面仍面臨以下主要瓶頸：(1)硫及其放電產物硫化鋰(li2s)均為電子和鋰離子的絕緣體，導致電池氧化還原動力學緩慢，活性硫利用率低；(2)在充放電過程中產生的中間產物多硫化鋰(lipss)會導致“穿梭效應”，該效應不僅使活性物質在循環中持續損失，還伴隨lipss轉化動力學的緩慢而加速容量衰減及庫侖效率降低；(3)硫在充放電過程中的體積變化顯著，容易導致活性物質從集流體上脫落，進一步影響電池的結構穩定性。因此，探索有效策略調控lipss的轉化與抑制穿梭效應對提升li-s電池的穩定性和性能至關重要。
3、為解決這些問題，研究者們已嘗試多種策略，例如設計復合導電硫載體、優化電解液、功能隔膜/中間層等來抑制lipss的溶解穿梭，并加速lipss可逆轉化。在眾多候選的載硫材料中，多孔碳材料因其高導電性、優異的比表面積及結構穩定性，被認為是理想的硫載體材料。然而，由于其缺乏極性活性位點，導致對lipss的吸附能力較弱，且在催化轉化方面效果有限。
技術實現思路
1、本專利技術旨在針對現有鋰硫電池正極材料及其制備技術的不足，提供一種碳化鉬/氮摻雜碳復合材料及其制備方法與應用。該復合材料可用作鋰硫電池正極的功能性添加劑，具有優異的導電性以及高效的多硫化鋰化學吸附和催化轉化能力，從而顯著提升鋰硫電池的容量、循環穩定性和倍率性能。
2、為了實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案為：
3、本專利技術提出的一種碳化鉬/氮摻雜碳復合材料，該復合材料中，氮摻雜碳基體中均勻分散著細小的mo2c納米顆粒。
4、本專利技術提出一種碳化鉬/氮摻雜碳復合材料的制備方法，分別以g-c3n4為模板，鉬酸銨((nh4)2moo4·4h2o)為鉬源，葡萄糖(c6h12o6)為碳源，將其均勻混合后進行水熱和高溫煅燒，獲得碳化鉬/氮摻雜碳復合材料(mo2c/nc)。
5、作為本專利技術的優選技術方案，制備方法具體步驟如下：
6、(1)將20～25g尿素置于管式爐中進行高溫煅燒得到g-c3n4，其中煅燒氣氛為空氣，溫度為520～560℃，保溫時間為3～4h，升溫速率為3～5℃/min；
7、(2)在室溫下，將0.1～0.2g(nh4)2moo4·4h2o和0.4～0.6g?c6h12o6溶解于20ml去離子水中，同時稱取0.1～0.2g?g-c3n4超聲分散于溶液中，攪拌8～12h，制得乳白色溶液；
8、(3)將步驟(2)中制得的混合溶液置于反應釜中進行水熱反應，溫度為120～150℃，時間為8～12h；隨后將反應產物抽濾、干燥待用；
9、(4)將步驟(3)中所得產物置于惰性氣氛中進行高溫煅燒處理，其中煅燒氣氛為氬氣，溫度為800～850℃，保溫時間為2～3h，升溫速率為2～4℃/min，制得mo2c/nc；
10、(5)將步驟(4)中所制的mo2c/nc與科琴黑(kb)按一定比例充分研磨混合，獲得導電載體(kb/mo2c/nc)，其中mo2c/nc所占質量比為2％～8％；利用熔融滲硫工藝將導電載體與活性硫復合，獲得鋰硫電池用復合硫正極材料(kb/mo2c/nc-s)。
11、本專利技術還提出了該碳化鉬/氮摻雜碳復合材料在鋰硫電池正極材料中的應用，將利用碳化鉬/氮摻雜碳復合材料制備的鋰硫電池用復合硫正極材料(kb/mo2c/nc-s)、導電劑、粘結劑按8:1:1的質量比充分研磨混合得到漿料。將所得漿料均勻涂覆于鋁箔上，70℃真空干燥24h并裁切，獲得鋰硫電池正極片，其中活性硫面積載量為1.5～2.0mg/cm2。其中，碳化鉬/氮摻雜碳復合材料作為一種鋰硫電池正極的功能性添加劑，能夠有效提升活性硫的利用率。
12、與現有技術相比，本專利技術的有益效果表現在：
13、本專利技術將制備的碳化鉬/氮摻雜碳復合材料(mo2c/nc)作為鋰硫電池正極的功能性添加劑，與科琴黑(kb)混合后用作活性硫的導電載體(kb/mo2c/nc)與硫熔融復合，獲得鋰硫電池用復合正極材料(kb/mo2c/nc-s)。其中，納米mo2c電催化劑彌散分布于氮摻雜碳基體中。氮摻雜碳具有分級多孔結構，增強了電解液滲透和離子傳輸能力；氮摻雜活性位點不僅增強了多孔碳對多硫化物的吸附性能，而且可以通過優化mo2c的配位結構來提升其催化活性；mo2c能夠化學吸附并高效催化多硫化物可逆轉化，提高活性物質利用率。將該復合材料用作鋰硫電池正極的功能性添加劑，能夠有效抑制多硫化物溶解穿梭，顯著提升電池的容量、倍率性能和循環壽命。
14、此外，該復合材料的制備工藝簡單、易于操控、產率高，有利于工業化推廣，為制備鋰硫電池正極添加劑材料拓展了新途徑。
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1.一種碳化鉬/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，氮摻雜碳基體中均勻分散著細小的Mo2C納米顆粒。
2.一種如權利要求1所述碳化鉬/氮摻雜碳復合材料的制備方法，其特征在于，分別以g-C3N4為模板，鉬酸銨((NH4)2MoO4·4H2O)為鉬源，葡萄糖(C6H12O6)為碳源，將其均勻混合后進行水熱和高溫煅燒，獲得碳化鉬/氮摻雜碳復合材料(Mo2C/NC)。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：
4.如權利要求1所述碳化鉬/氮摻雜碳復合材料在鋰硫電池正極材料中的應用，其特征在于，將利用碳化鉬/氮摻雜碳復合材料制備的鋰硫電池用復合硫正極材料(KB/Mo2C/NC-S)、導電劑、粘結劑按8:1:1的質量比充分研磨混合得到漿料；將所得漿料均勻涂覆于鋁箔上，70℃真空干燥24h并裁切，獲得鋰硫電池正極片，其中碳化鉬/氮摻雜碳復合材料作為一種鋰硫電池正極的功能性添加劑，能夠有效提升活性硫的利用率。
5.如權利要求4所述的應用，其特征在于，所制備的鋰硫電池正極片中活性硫面積載量為1.5～2.0mg/cm2。
【技術特征摘要】
1.一種碳化鉬/氮摻雜碳復合材料，其特征在于，氮摻雜碳基體中均勻分散著細小的mo2c納米顆粒。
2.一種如權利要求1所述碳化鉬/氮摻雜碳復合材料的制備方法，其特征在于，分別以g-c3n4為模板，鉬酸銨((nh4)2moo4·4h2o)為鉬源，葡萄糖(c6h12o6)為碳源，將其均勻混合后進行水熱和高溫煅燒，獲得碳化鉬/氮摻雜碳復合材料(mo2c/nc)。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：
4.如權利要求1所述碳化鉬/氮摻雜...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉家琴，袁祖志，李玉磊，吳玉程，閆健，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：
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