一种二硒化钴/碳纳米材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种二硒化钴/碳纳米材料，包括基底、厚度为1μm～2μm的CoSe2层以及厚度为1nm～10nm的无定形碳层，所述CoSe2层生长于所述基底表面，呈现三维片状结构，所述无定形碳层附着于所述CoSe2层表面，且所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为90:1～1800:1，所述基底为钛片或钛丝。本发明专利技术通过将无定形碳层附着于CoSe2材料表面，从而提高了纳米材料的循环稳定性，从而进一步使制备获得的锂离子电池，既具有高导电率、高容量的优点，又具有更好的循环稳定性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种二硒化钴/碳纳米材料及其制备方法与应用
本专利技术属于锂离子电池材料领域，更具体地，涉及一种二硒化钴/碳纳米材料及其制备方法与应用。
技术介绍
锂离子电池作为最具潜力的能量存储系统，具有高能量密度、质量轻和长循环寿命的优势。为了满足下一代锂离子电池大范围应用于便携式的电子设备和电动汽车，新型高能密度的材料一直被不断的研发。碳基材料作为一个传统的锂离子负极材料已经得到了工业化的应用，然而很低的理论容量(372mAh/g)和安全问题仍然是其致命的缺点。因此人们一直致力于寻找一种新的高容量电极材料。相比于金属氧化物，CoSe2通常具有高导电率、高容量的优点。但是如果将CoSe2作为锂离子电极材料，在充放电过程中，CoSe2会在锂离子的嵌入脱出过程中发生氧化还原反应，导致体积的膨胀和崩塌，从而使得CoSe2材料逐渐粉末化，使得锂离子电池的循环稳定性和倍率性能较差。因此，成功制备循环稳定的CoSe2锂离子电极材料是现今面临的一个重要的难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种二硒化钴/碳纳米材料，其目的在于在CoSe2层表面附着无定形碳层，从而提高CoSe2材料的循环稳定性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，包括基底、厚度为1μm～2μm的CoSe2层以及厚度为1nm～10nm的无定形碳层，所述CoSe2层生长于所述基底表面，呈现三维片状结构，所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为90:1～1800:1，所述基底为钛片或钛丝，所述无定形碳层附着于所述CoSe2层表面，用于提高所述纳米材料的循环稳定性。优选地，所述无定形碳层的厚度为5nm～8nm。优选地，所述CoSe2与所述无定形碳的质量比为180:1～540:1。作为进一步优选地，所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为245:1～395:1。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将三维片状的CoSe2在0.05mol/L～0.2mol/L的蔗糖溶液中浸泡0.5h以上，使得所述CoSe2表面充分附着蔗糖溶液，所述CoSe2生长于基底表面，且厚度为1μm～2μm，所述基底为钛片或钛丝；(2)将步骤(1)得到的附着蔗糖溶液的CoSe2在保护气体氛围下400℃～500℃锻烧，使得所述CoSe2表面的蔗糖溶液中的水分蒸发，蔗糖碳化成为无定形碳，即获得所需纳米材料。优选地，在所述步骤(1)中，浸泡的同时在180℃～220℃密封加热，使得所述蔗糖溶液中的蔗糖发生缩合反应。优选地，在步骤(1)之前，还包括CoSe2的制备：首先，将硒前驱体液在180℃～220℃密闭加热10h～24h，使得硒前驱体液中的硒粉与OH-反应生成Sex-，1.5≤x≤2；所述硒前驱体液包括0.08％～0.8％的均匀悬浮的硒粉以及0.1mol/L～3mol/L的OH-；然后，将生长有直径为20nm～80nm的Co3O4纳米线的基底与所述硒前驱体液在140℃～220℃反应8h～24h，然后在140℃～220℃密闭加热8h～24h，使得Co3O4纳米线与Sex2-反应生成CoSe2，得到生长有三维片状的CoSe2层的基底。优选地，所述Co3O4纳米线的直径为20nm～80nm。按照本专利技术的另一方面，还提供了一种包括上述二硒化钴/碳纳米材料的锂离子电池负极。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于在三维片状的CoSe2层表面附着无定形碳层，能够取得下列有益效果：1、选择高导电率、高容量的硫属化合物——CoSe2材料作为锂离子负极材料，提高了锂离子电池负极材料的容量；2、将无定形碳层材料与CoSe2材料相复合，从而在充放电过程中，无定形碳层材料起到了缓冲作用，从而减缓了CoSe2层在锂离子嵌入和脱出过程中的体积变化，提高了CoSe2层的稳定性以及机械柔性，提高了锂离子负极的循环寿命；3、利用蔗糖溶液，水热制备二硒化钴/碳纳米材料，成本低廉，方法简单，适于大规模生产；4、优选利用硒粉和碱溶液制备CoSe2层，取代了高毒的亚硒酸钠、亚硒酸和水合肼，绿色安全无毒，具有实用价值。附图说明图1a为实施例1制备的Co3O4纳米线的X射线衍射图谱；图1b为实施例1制备的Co3O4纳米线的扫描电子显微镜图；图2a为实施例2制备的CoSe2的X射线衍射图谱；图2b为实施例2制备的CoSe2的扫描电子显微镜图；图3a为实施例2制备的二硒化钴/碳的扫描电子显微镜图；图3b为实施例2制备的二硒化钴/碳的透射电子显微镜图；图4a为实施例2制备的CoSe2制备的半电池的循环伏安图；图4b为实施例2制备的二硒化钴/碳制备的半电池的循环伏安图；图5a为实施例2制备的CoSe2制备的半电池的循环寿命图；图5b为实施例2制备的二硒化钴/碳制备的半电池的循环寿命图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种二硒化钴/碳纳米材料，包括基底、三维片状的CoSe2层以及厚度为1nm～10nm的无定形碳层，所述厚度为1μm～2μm的CoSe2层生长于所述基底表面，所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为90:1～1800:1，所述基底为钛片或钛丝，所述无定形碳层附着于所述CoSe2层表面，用于提高所述纳米材料的循环稳定性；其中，所述无定形碳的厚度优选为5nm～8nm，所述CoSe2与所述无定形碳的质量比优选为180:1～540:1，并进一步优选为245:1～395:1。上述二硒化钴/碳纳米材料的制备方法包括以下步骤：(1)将生长有三维片状的CoSe2层的基底在0.05mol/L～0.2mol/L的蔗糖溶液中浸泡0.5h以上使得所述CoSe2层表面充分附着蔗糖溶液，所述CoSe2层的厚度为1μm～2μm，所述基底为钛片或钛丝；在该过程中，还可以同时在180℃～220℃密封加热，使得所述蔗糖溶液中的蔗糖发生缩合反应；(2)将步骤(1)得到的附着蔗糖溶液的CoSe2在保护气体氛围下400℃～500℃锻烧，使得所述CoSe2表面的蔗糖溶液中的水分蒸发，蔗糖碳化成为无定形碳，即获得所需纳米材料。在上述过程中，蔗糖浓度越高，浸泡的时间越长，且同时进行加热时，生成的无定形碳层就越厚，通过控制步骤(1)中的反应条件，可以控制无定形碳的厚度为1nm～10nm，其中厚度为5nm～8nm时，生成的纳米材料的性能最优。其中，所述CoSe2的制备方法为：首先，将硒前驱体液在180℃～220℃加热10h～24h，所述硒前驱体液包括0.08％～0.8％的均匀悬浮的硒粉以及0.1mol/L～3mol/L的OH-，该反应过程的化学式如下：1.5≤x≤2；在OH-的摩尔浓度为0.1mol/L～3mol/L的溶液的环境中，上述两个化学方程式均为可逆的化学方程式；然后，滤去步骤(1)得到的硒前驱体液里的少量不溶的硒粉，将生长有直径为20nm～80nm的Co3O4纳米线的基底与所述硒前驱体液在140℃～220℃反应8h～24h，使得Co3O4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二硒化钴/碳纳米材料，其特征在于，包括基底、厚度为1μm～2μm的CoSe2层以及厚度为1nm～10nm的无定形碳层，所述CoSe2层生长于所述基底表面，呈现三维片状结构，所述无定形碳层附着于所述CoSe2层表面，且所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为90:1～1800:1，所述基底为钛片或钛丝。

【技术特征摘要】
1.一种二硒化钴/碳纳米材料，其特征在于，包括基底、厚度为1μm～2μm的CoSe2层以及厚度为1nm～10nm的无定形碳层，所述CoSe2层生长于所述基底表面，呈现三维片状结构，所述无定形碳层附着于所述CoSe2层表面，且所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为90:1～1800:1，所述基底为钛片或钛丝。2.如权利要求1所述的二硒化钴/碳纳米材料，其特征在于，所述无定形碳层的厚度为5nm～8nm。3.如权利要求1所述的二硒化钴/碳纳米材料，其特征在于，所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为180:1～540:1。4.如权利要求3所述的二硒化钴/碳纳米材料，其特征在于，所述CoSe2层与所述无定形碳层的质量比为245:1～395:1。5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的二硒化钴/碳纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将三维片状的CoSe2在0.05mol/L～0.2mol/L的蔗糖溶液中浸泡0.5h以上，使得所述CoSe2表面充分附着蔗糖溶液，所述CoS...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明强，喻能，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42