一种锂离子/钠离子电池用复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子/钠离子电池用复合负极材料及其制备方法，该复合负极材料为硒化锡/碳纸复合材料，所述复合材料通过使用碳纸作为工作电极，以含硒无机物、含锡无机盐以及乳酸或乳酸钠的水溶液作为电解液，进行电化学沉积得到。该方法制备的硒化锡/碳纸复合材料中，硒化锡纳米颗粒均匀分布在碳纸骨架上，不用粘结剂和集流体，可直接作为锂(钠)离子电池负极材料，且表现出良好的柔韧性和优良的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子/钠离子电池负极材料制备领域，具体涉及一种锂离子/钠离子电池用复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种占据社会主导地位的电化学储能器件，已经在便携式电子产品(笔记本电脑，智能移动装备，平板电脑等)、电动汽车和即插式混合动力电动车中取得了良好的应用。同时，钠离子电池由于钠资源蕴藏量丰富、环境友好也受到了广泛关注，钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题，被认为是下一代电动汽车动力电源及大规模储能电站配备电源的理想选择。过去的几十年时间里，科研工作者对锂(钠)离子电池的正极材料开展了广泛研究，但对锂(钠)离子电池负极材料的研究仍处于起步阶段。大量研究结果表明，过渡金属硒化物在超导体、红外光电器件、锂(钠)离子电池负极材料和太阳能电池等领域得到广泛的应用，而硒化锡由于合成工艺简单，更是引起了科学工作者的广泛关注。同时，硒化锡作为锂(钠)离子电池负极材料也具有较高的初始比容量。但是，由于它本身电子/离子电导率较低，从而降低了它作为电极材料的倍率性能和循环性能；此外，现在的工艺中，以硒化锡为锂(钠)离子电池电极，都要和导电炭以及粘结剂结合，且要经过后续的涂片等流程，电极的制备方法比较繁琐。因此如何提高硒化锡的倍率性能和循环稳定性能以及简化硒化锡负极的制备流程，成了硒化锡作为锂(钠)离子电池负极材料研究的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种重复性好、可操作性强、环境友好、成本低廉，具有广阔的工业化应用前景的通过电化学沉积制备锂离子/钠离子电池用复合负极材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种柔韧性好，导电性好，倍率性能和循环稳定性能佳，直接作为锂(钠)离子电池的负极，可以大大简化锂(钠)离子电池组装程序的锂离子/钠离子电池用复合负极材料。本专利技术的技术方案：本专利技术提供一种锂离子/钠离子电池用复合负极材料的制备方法，该复合负极材料为硒化锡/碳纸复合材料，所述复合材料通过使用碳纸作为工作电极，以含硒无机物、含锡无机盐以及乳酸或乳酸钠的水溶液作为电解液，进行电化学沉积得到。本专利技术进一步包括以下优选的技术方案：优选的方案中，所述硒化锡/碳纸复合材料中，硒化锡颗粒均匀包覆在碳纸骨架上，硒化锡颗粒的形貌为球状或近球状，其粒径大小为10～100nm。优选的方案中，所述硒化锡/碳纸复合材料中，硒化锡的质量百分含量为50～80％。优选的方案中，所述含硒无机物与含锡无机盐的摩尔比为1:3～1:7。优选的方案中，所述碳纸的总面积与电解液的体积比为1:20～1:100cm-1。进一步优选碳纸的总面积与电解液的体积比为1:30～1:50cm-1。通过将碳纸的面积与电解液的体积比控制在上述范围内，可以进一步保障获得较好的综合电化学性能和导电性能。优选的方案中，所述电解液中含硒无机物浓度为2～6mmol/L。优选的方案中，所述电化学沉积的沉积电压为-0.6V～-0.9V。进一步优选沉积电位为-0.65V～-0.75V。优选的方案中，所述电化学沉积时间为10-150min。进一步优选电化学沉积时间为80～120min。优选的方案中，所述乳酸/或乳酸钠的浓度为200～500mmol/L。进一步优选所述乳酸或者乳酸钠的浓度为200～300mmol/L。优选的方案中，所述的含硒无机物为四氯化硒、二氧化硒中的一种或两种，所述的含锡无机物为五水四氯化锡。优选的方案中，所述碳纸为普通碳布、炭纤维薄膜、碳纳米管薄膜的一种。优选的方案中，电化学沉积过程中，以石墨片作为对电极。本专利技术进一步包括通过上述方法制备得到的锂(钠)离子电池硒化锡/碳纸复合负极材料。所述复合材料中，硒化锡均匀包覆在碳纸骨架上构成三维复合结构。优选碳纸置于去离子水、酒精、氨水中超声10～30min，取出干燥，作为工作电极。优选将含硒无机物与含锡无机盐溶于去离子水中，搅拌5～20min，使之充分溶解。本专利技术具体的制备方法优选包括以下步骤：将导电碳纸分别置于去离子水、酒精、氨水中超声10～30min，取出干燥，作为工作电极，然后将含硒无机物，含锡无机盐以及乳酸或者乳酸钠溶于去离子水中，充分搅拌，得到澄清的电解液；采用三电极体系，以清洗干净的导电碳纸为工作电极，石墨片作为对电极，饱和氯化钾电极为参比电极，进行电化学沉积，即可得到硒化锡/碳纸复合材料。本专利技术的有益效果：本专利技术首次利用碳纸作为工作电极，通过电化学沉积法一步直接制备得到硒化锡/碳纸复合材料，巧妙地实现了硒化锡的合成及其与碳纸复合的同步进行。通过本专利技术制备得到的复合材料具有较好的柔韧性，可以应用于柔性、可穿戴电子产品。且本专利技术不用任何粘结剂以及集流体，可以将制备得到的硒化锡/碳纸复合材料直接作为锂(钠)离子电池的负极，大大简化了锂(钠)离子电池的组装程序，且大大提高了锂(钠)离子电池的倍率性能和循环稳定性能。本专利技术的制备方法操作简单可靠，重复性好、可操作性强、环境友好、成本低廉，速度较快，产率高，具有广阔的工业化应用前景。专利技术人通过电化学沉积方法，将硒化锡直接沉积在碳纸上，制作方法简单，且制备时间远远短于传统的球磨法以及水热法。本专利技术的复合材料体系的反应活性位高，电子/离子电导率高，能在很大程度上缓解硒化锡在脱嵌锂(钠)离子过程中产生的体积变化。由本专利技术方法所得的复合材料在保证高比容量的前提下，明显改善了电极材料的倍率性能和循环稳定性能，可制备得到具有高放电比容量、优异的倍率性能和循环稳定性能的锂(钠)离子电池。附图说明【图1】为实施例1制得的硒化锡/碳纸复合材料的拉曼光谱图(Raman)；【图2】为实施例1制得的硒化锡/碳纸复合材料的实物图；【图3】为实施例1制得的硒化锡/碳纸复合材料的扫描电镜图(SEM)；【图4】为实施例1制得的硒化锡/碳纸复合材料组装的钠离子电池的恒流充放电性能图；【图5】为实施例1制得的硒化锡/碳纸复合材料组装的锂离子电池的恒流充放电性能图；具体实施方式以下实施例旨在对本
技术实现思路
做进一步详细说明；而本专利技术权利要求的保护范围不受实施例限制。实施例1首先将导电碳纸分别置于去离子水、酒精、氨水中超声30min，取出干燥，作为工作电极，然后称取4mmol二氧化硒，12mmol五水四氯化锡，250mmol乳酸溶于1L去离子水中搅拌10min，使之全部溶解，然后将溶液置于电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子/钠离子电池用复合负极材料的制备方法，其特征在于，该复合负极材料为硒化锡/碳纸复合材料，所述复合材料通过使用碳纸作为工作电极，以含硒无机物、含锡无机盐以及乳酸或乳酸钠的水溶液作为电解液，进行电化学沉积得到。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子/钠离子电池用复合负极材料的制备方法，其特征在于，该复合负极材料为
硒化锡/碳纸复合材料，所述复合材料通过使用碳纸作为工作电极，以含硒无机物、含锡无机
盐以及乳酸或乳酸钠的水溶液作为电解液，进行电化学沉积得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硒化锡/碳纸复合材料中，硒化锡颗粒
均匀包覆在碳纸骨架上，硒化锡颗粒的形貌为球状或近球状，其粒径大小为10～100nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硒化锡/碳纸复合材料中，硒化锡的质
量百分含量为50～80％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述含硒无机物与含锡无机盐的摩
尔比为1:3～1:7。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述碳纸的总面积与电解液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治安，李军明，史晓东，赖延清，张凯，李劼，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43