具有分级结构的微立方复合材料、电极片、钠离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有分级结构的微立方复合材料、电极片、钠离子电池及其制备方法，该制备方法首先通过简单的热辅助方式制备出前驱体FeFe(CN)

Microcube composite material, electrode piece, sodium ion battery with graded structure and its preparation method

The invention relates to a microcube composite material, an electrode piece, a sodium ion battery with a hierarchical structure and a preparation method thereof. Firstly, the precursor FeFe (CN) is prepared by a simple thermal assistant method

【技术实现步骤摘要】
具有分级结构的微立方复合材料、电极片、钠离子电池及其制备方法
本专利技术涉及钠离子电池负极材料领域，具体涉及具有分级结构的微立方复合材料、电极片、钠离子电池及其制备方法。
技术介绍
作为钠离子电池的重要组成部分，负极材料的开发成为影响钠离子电池应用的重要因素，而在现阶段，钠离子电池负极材料的发展却面临着巨大的挑战，开发出可以适用于钠离子电池并具有优越的电化学性能的负极材料成为科研工作者的重点关注对象。在众多已被证明具有储钠活性的材料中，过度金属硒化物因自身优越的电化学特性受到了广泛地关注，如MnSe2,FeSe2,FeSe,CoSe2,CoSe,NiSe2等被广泛地研究，但是过去的研究成果中通过诸多工艺如较难控制的纳米设计、多步的炭包覆或者昂贵的石墨烯符合技术等繁琐的操作来提高电化学性能，很难实现优异的储钠性能与简单的生产工艺的相互统一。
技术实现思路
基于现有技术中的问题，本专利技术的首要目的在于提供具有分级结构的微立方复合材料、电极片、钠离子电池及其制备方法，以通过一步热解过程制备出具有优异电化学性能的分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料，实现优异储钠性能与简单的生产工艺的相互统一，该方法工艺简单，且耗能低。基于上述目的，本专利技术至少提供如下技术方案：具有分级结构的微立方复合材料的制备方法，其包括以下步骤：以一定量的K3Fe(CN)6以及FeCl3为原料，采用热辅助的湿化学方法制备前驱体材料FeFe(CN)6；将一定质量比的上述前驱体材料FeFe(CN)6与硒源混合，随后在惰性气氛中热解，即可获得具有分级结构的微立方复合材料，该具有分级结构的微立方复合材料具体是具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料。进一步的，采用热辅助的湿化学方法制备前驱体材料FeFe(CN)6的步骤中，取一定质量的K3Fe(CN)6溶解在适量的去离子水中得到溶液A，将一定质量的FeCl3溶解在适量的去离子水中得到溶液B，随后将溶液A逐滴加到溶液B中获得混合溶液，所述混合溶液在50-100℃下保温3-10小时，待所述混合溶液冷却至室温，然后将所述混合溶液沉淀后进行清洗、干燥处理，即可获得前驱体材料FeFe(CN)6。进一步的，所述K3Fe(CN)6的质量为1-2g，溶解所述K3Fe(CN)6的去离子水的量为30-100ml，所述FeCl3的质量为2-3g，溶解所述FeCl3的去离子水的量为60-150ml。进一步的，所述前驱体材料FeFe(CN)6与硒源的质量比为1:1-5。进一步的，所述惰性气氛为氩气，所述热解的条件为，以1-10℃/min的升温速率升温至350-700℃后，恒温1-10小时，随后降温至环境温度。具有分级结构的微立方复合材料，所述具有分级结构的微立方复合材料为具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料，该复合材料中的FeSe2被均匀封装在原位同步合成的氮掺杂的碳骨架上，形成由棒状组装而成的微立方分级的三维结构。电极片的制备方法，取上述复合材料、导电炭黑以及粘结剂，以一定比例混合，滴加溶剂制备出浆料，随后将所述浆料涂布于铜箔上，干燥后即可获得电极片。进一步的，所述复合材料、所述导电炭黑以及所述粘结剂的质量比为(6-8)：(1-2)：(1-2)。电极片，所述电极片包括活性材料，所述活性材料为上述复合材料。钠离子电池，所述钠离子电池采用上述电极片作为负极。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术所涉及的前驱体材料通过热辅助的湿法化学方法得到，制备方法简单、能耗低、容易控制，且适合于大规模生产。(2)本专利技术所涉及的热解过程实现了对前驱体的硒化，同时能够实现氮掺杂的碳骨架的原位合成以及对硒化产物实现原位的封装，相比于已有的方法，本专利技术所提出的碳封装技术更简单，总体上，本专利技术所提出的方案制备工艺容易、对设备要求低、非常适用于大规模的工业化生产。(3)本专利技术通过一步热解，同步实现对前躯体的硒化以及碳化，碳化形成的氮掺杂的碳骨架能够有效抑制FeSe2在硒化过程中的团聚现象，氮掺杂的碳骨架不仅可以有效地提高导电性，同时能够在电化学反应过程中缓解体积变化以及支撑电化学反应过程中形成的Fe/Na2X界面，有效维持结构的稳定性。同时，得到的由纳米棒组装而成的具有分级结构的三维微立方结构能够发挥结构优势，棒状的FeSe2@NC有利于钠离子在活性物质中的快速扩散，进而有利于电化学性能的进一步提升。按照本专利技术所提出的方案制备的化合物材料用于钠离子电池负极材料，能够表现出稳定的电化学性能，实现了高比容量、长循环寿命、高倍率性能等优势。(4)本专利技术的制备方法中，用于硒化的硒粉原材料在实现热解过程后，过量的硒源可以被回收实现二次再利用，一方面可以节约资源、有效降低成本，另一方面可以大大降低对环境造成污染，是一种节约、环保的有效制备方法。附图说明图1为本专利技术制备的前驱体FeFe(CN)6的XRD图。图2为本专利技术制备的具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料的XRD图。图3为本专利技术制备的前驱体FeFe(CN)6的SEM图。图4为本专利技术制备的具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料的SEM图。图5为本专利技术制备的具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料用于钠离子电池负极在0.2A/g电流密度下的循环性能图。图6为本专利技术制备的具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料用于钠离子电池负极的倍率性能图。图7为本专利技术制备的具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料用于钠离子电池负极在2A/g电流密度下的循环性能图。图8为本专利技术制备的具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料用于钠离子电池负极在3A/g电流密度下的循环性能图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术所涉及到的前驱体制备方法、最终产品制备方法以及其用于钠离子电池负极所展示的电化学性能等情况作详细说明，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。前驱体材料FeFe(CN)6的制备：本专利技术通过热辅助的湿化学方法制备前驱体材料FeFe(CN)6，具体制备过程为，首先，取质量为1.65g的K3Fe(CN)6溶解在体积为50ml的去离子水中得到溶液A，取质量为2.70g的FeCl3溶解在体积为100ml的去离子水中得到溶液B，随后将溶液A逐滴加至溶液B中获得混合溶液，该混合溶液在80℃下保持6小时，之后待该混合溶液冷却至室温，然后对该混合溶液沉淀后进行清洗、干燥处理，最后得到前驱体材料FeFe(CN)6。取上述制备获得的前驱体材料FeFe(CN)6以及硒源，该实施例中硒源为商业的Se粉，前驱体材料FeFe(CN)6与Se粉的质量比为1:2，，将二者放入研钵中研磨至均匀充分混合。然后将混合均匀的粉料转移至管式炉中，在惰性气氛中进行热解处理，该实施例中，惰性气氛为氩气，其中，热解处理的具体条件是：先以2℃/min的升温速率升温至500℃，然后保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有分级结构的微立方复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n以一定量的K

【技术特征摘要】
1.具有分级结构的微立方复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
以一定量的K3Fe(CN)6以及FeCl3为原料，采用热辅助的湿化学方法制备前驱体材料FeFe(CN)6；
将一定质量比的上述前驱体材料FeFe(CN)6与硒源混合，随后在惰性气氛中热解，即可获得具有分级结构的微立方复合材料，该具有分级结构的微立方复合材料具体是具有分级结构的FeSe2@NC微立方复合材料。


2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，采用热辅助的湿化学方法制备前驱体材料FeFe(CN)6的步骤中，取一定质量的K3Fe(CN)6溶解在适量的去离子水中得到溶液A，将一定质量的FeCl3溶解在适量的去离子水中得到溶液B，随后将溶液A逐滴加到溶液B中获得混合溶液，所述混合溶液在50-100℃下保温3-10小时，待所述混合溶液冷却至室温，然后将所述混合溶液沉淀后进行清洗、干燥处理，即可获得前驱体材料FeFe(CN)6。


3.根据权利要求2的所述制备方法，其特征在于，所述K3Fe(CN)6的质量为1-2g，溶解所述K3Fe(CN)6的去离子水的量为30-100ml，所述FeCl3的质量为2-3g，溶解所述FeCl3的去离子水的量为60-150ml。


4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵灵智，刘铁忠，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44