一种自组装片状VS2/S纳米片的制备方法

本发明属于电池电极材料领域，特别涉及一种自组装片状vs2/s纳米片的制备方法。

背景技术：

由于可再生能源的需求量逐渐增多，其间歇性存储特性也要求储能装置的快速发展。锂离子电池在日常生活中已经广泛应用。然而，随着智能电网、可再生能源大规模储能体系及电动交通工具时代的真正到来，受锂资源储量(～17ppm)和分布不均匀(～70％在南美洲)的限制(特别是我国目前80％锂资源依赖进口)，锂离子电池难以同时支撑起电动汽车和电网储能两大产业的发展。而钠离子电池由于其丰富的钠资源、成本低廉、无发展瓶颈、环境友好和兼容锂离子电池现有生产设备的优势，还具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、安全性能和无过放电问题等优势成为新一代锂离子电池的替代品。二硫化钒由于其大的层间空间，层与层之间由弱的范德华力连接等优点，成为优异钠离子电池电极材料候选人。但二硫化钒在反应中会出现迟滞的电化学反应，表现出差的倍率性能。研究表明(bind,huow,yuany,etal.organic-inorganic-inducedpolymerintercalationintolayeredcompositesforaqueouszinc-ionbattery[j].chem,2020,6(4).)，扩大层间距可以使钠离子更容易嵌入脱出，提升其倍率性能。

技术实现要素：

基于上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的自组装片状vs2/s纳米片的制备方法，所制备的自组装片状vs2/s纳米片自组装结构表面积大，具有更多的活性位点。该方法克服了传统煅烧方法温度高的缺点，且不需要大型设备和苛刻的反应条件，原料廉价易得，成本低，产率高。

为达到上述目的，本发明采用的以下技术方案予以实现：

一种自组装片状vs2/s纳米片的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取钒源加入到50ml无水乙醇中，室温下用磁力搅拌器搅拌，得到钒源浓度为0.13～0.2mol/l的溶液a；

步骤二、称取0.07～1g十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂和插层剂，缓慢加入到溶液a中，室温下用磁力搅拌器搅拌得到溶液b；

步骤三、称取硫源加入到溶液b中，室温下用磁力搅拌器搅拌，得到硫源浓度为0.59～1.04mol/l的溶液c；

步骤四、将溶液c转移到聚四氟乙烯的内衬中，放入烘箱中进行溶剂热反应，反应温度为160～200℃，反应时间为4～24h；

步骤五、将溶剂热反应的产物通过抽滤的方式进行收集，洗剂后冷冻干燥，得到二硫化钒硫复合材料。

本发明还具有以下技术特征：

优选的，所述的步骤一中钒源为偏钒酸钠、氯化钒、乙酰丙酮钒中的一种或多种的混合物。

优选的，所述的步骤一中磁力搅拌器搅拌的时间为30min，转速为500～700r/min。

优选的，所述的步骤二中磁力搅拌器搅拌的时间为10～30min，转速为500～700r/min。

优选的，所述的步骤三中硫源为硫代乙酰胺、半胱氨酸、硫脲中的一种或多种的混合物。

优选的，所述的钒源与硫源的摩尔比为1：(4～6.5)。

优选的，所述的步骤三中磁力搅拌器搅拌的时间为60min，转速为500～700r/min。

优选的，所述的步骤四中聚四氟乙烯的内衬的填充比为55％～75％。

优选的，所述的步骤五中的洗剂方法为用水和无水乙醇交替洗涤三次。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用一步溶剂热法，工艺简单，不需要高温煅烧，能耗低，产率高，适合大规模生产，生产成本低；

本发明制备的二硫化钒硫复合材料具有自组装纳米结构，具有大的比表面积，更多的活性位点；

本发明制备过程中十六烷基三甲基溴化铵的加入可以促进二硫化钒生长，增加二硫化钒层间空间，加速离子电子传输，同时硫的引入可以进一步促进碳硫键的生成，抑制穿梭效应，制备的二硫化钒具有优异的电化学性能，在1a/g电流密度下循环50圈后仍有207mah/g的容量。

附图说明

图1为实施例2制备的自组装片状vs2/s纳米片的xrd衍射谱图，其中横坐标为2θ角度，纵坐标为强度；

图2为实施例2制备的自组装片状vs2/s纳米片的sem图；

图3为实施例2制备的自组装片状vs2/s纳米片的循环性能图，其中横坐标为循环圈数，纵坐标为容量(mah/g)。

具体实施方式

实施例1：

首先将偏钒酸钠溶于50ml无水乙醇中，室温下以转速为500r/min搅拌30min，得到钒源浓度为0.16mol/l的混合溶液；缓慢加入0.07g十六烷基三甲基溴化铵，室温下以转速为600r/min搅拌20min；按v：s为1：4的摩尔比称取硫代乙酰胺加入到溶液中，室温下以转速为600r/min搅拌60min，得到硫源浓度为0.64mol/l的混合溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯的内衬中，填充比为55％，于160℃进行溶剂热反应24h，将产物抽滤收集后用水和无水乙醇交替洗涤三次并冷冻干燥12h，得到二硫化钒硫复合材料。

实施例2：

首先将偏钒酸钠溶于50ml无水乙醇中，室温下以转速为600r/min搅拌30min，得到钒源浓度为0.13mol/l的混合溶液；缓慢加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵，室温下以转速为500r/min搅拌30min；按v：s为1：4.5的摩尔比称取硫脲按加入到溶液中，室温下以转速为500r/min搅拌60min，得到硫源浓度为0.59mol/l的混合溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯的内衬中，填充比为65％，于180℃进行溶剂热反应18h，将产物抽滤收集后用水和无水乙醇交替洗涤三次并冷冻干燥12h，得到二硫化钒硫复合材料。

图1为实施例2制备的自组装片状vs2/s纳米片的xrd衍射谱图，其中横坐标为2θ角度，纵坐标为强度；由图1可以看出衍射峰均指向jcpds89-1640vs2pdf卡片，证明合成出vs2。

图2为实施例2制备的自组装片状vs2/s纳米片的sem图；由图2可以看出自组装片状vs2/s纳米片分散均匀，约为500nm左右的纳米片。

图3为实施例2制备的自组装片状vs2/s纳米片的循环性能图，其中横坐标为循环圈数，纵坐标为容量(mah/g)；由图3可以看出自组装片状vs2/s纳米片在1a/g电流密度下循环50圈后仍有207mah/g的容量。

实施例3：

首先将氯化钒溶于50ml无水乙醇中，室温下以转速为700r/min搅拌30min，得到钒源浓度为0.2mol/l的混合溶液；缓慢加入0.3g十六烷基三甲基溴化铵，室温下以转速为700r/min搅拌10min；按v：s为1：5的摩尔比称取硫脲胺加入到溶液中，室温下以转速为700r/min搅拌60min，得到硫源浓度为1mol/l的混合溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯的内衬中，填充比为75％，于200℃进行溶剂热反应12h，将产物抽滤收集后用水和无水乙醇交替洗涤三次并冷冻干燥12h，得到二硫化钒硫复合材料。

实施例4：

首先将乙酰丙酮钒溶于50ml无水乙醇中，室温下以转速为500r/min搅拌30min，得到钒源浓度为0.16mol/l的混合溶液；缓慢加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵，室温下以转速为600r/min搅拌20min；按v：s为1：6的摩尔比称取硫代乙酰胺加入到溶液中，室温下以转速为600r/min搅拌60min，得到硫源浓度为0.96mol/l的混合溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯的内衬中，填充比为60％，于200℃进行溶剂热反应24h，将产物抽滤收集后用水和无水乙醇交替洗涤三次并冷冻干燥12h，得到二硫化钒硫复合材料。

实施例5：

首先将偏钒酸钠溶于50ml无水乙醇中，室温下以转速为500r/min搅拌30min，得到钒源浓度为0.16mol/l的混合溶液；缓慢加入1g十六烷基三甲基溴化铵，室温下以转速为600r/min搅拌30min；按v：s为1：6.5的摩尔比称取硫代乙酰胺、硫脲的混合物加入到溶液中，室温下以转速为700r/min搅拌60min，得到硫源浓度为1.04mol/l的混合溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯的内衬中，填充比为55％，于200℃进行溶剂热反应4h，将产物抽滤收集后用水和无水乙醇交替洗涤三次并冷冻干燥12h，得到二硫化钒硫复合材料。

需要说明的是，以上给出的实施例仅为本发明的部分实施例，本发明的钒源可为除实施例给出的以外，偏钒酸钠、氯化钒、乙酰丙酮钒中的其他一种或多种的混合物；硫源可为实施例给出的以外硫代乙酰胺、半胱氨酸、硫脲中的其他一种或多种的混合物；在本发明权利要求的基础上做出的同等变换均属于本发明的保护范围。