双金属硒化物碳微球复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了双金属硒化物碳微球复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的双金属硒化物碳微球复合材料中，两种金属硒化物通过碳基质互相交联，均匀地结合成微米球，两种金属硒化物中，其中之一的金属价态相对较高，其中之一的金属价态较低，高价金属的引入可以提高低价金属的电子和离子传输作用，产生双金属的协同效果，从而提高材料的活性和储钠性能。碳基质不仅提供了导电网络，还限制了材料的体积膨胀。胀。胀。

Preparation and application of bimetallic selenide carbon microsphere Composites

【技术实现步骤摘要】
双金属硒化物碳微球复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池负极材料
，具体涉及双金属硒化物碳微球复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为减少能源消耗，同时满足市场需求，新能源的利用和新型储能技术的开发是目前世界能源产业发展的趋势。太阳能、风能和潮汐能等新能源，由于具有时间和空间上的不连续与不可控性，需要通过能源储存与转换器件进行加工再利用。在众多的能源储存与转换装置中，化学电源具有转换效率高、适用性强和使用便捷等优点，是目前能源技术研究的热点。锂离子电池由于其高的能量密度和功率密度被广泛应用于便携式电子设备、电动交通工具和航空航天等领域。然而，锂资源储量匮乏且分布不均，阻碍了锂离子电池的进一步开发。
[0003]近年来，钠离子电池由于钠资源储量丰富、价格低廉以及具有与锂离子电池相似的储能机理，得到了研究者日益广泛的关注，有望成为下一代的主流储能体系。钠离子电池的主要组成部分同锂离子电池一样，包括正负极材料、隔膜、电解液和其他配件材料，其中正负极材料特性是电池能量密度的主要决定因素。然而，钠离子较大的离子半径和摩尔质量，导致了离子扩散动力学缓慢，循环寿命有限。因此，开发出具有高容量、长循环稳定性、合适的电压平台和高安全性的正负极材料是钠离子电池商业化核心。
[0004]对于钠离子电池负极材料，通常包括碳材料、嵌入类、合金类以及转化类(如过渡金属氧化物、硫化物、硒化物等)负极材料。转化类负极材料由于其理论容量大，合成方法简单，已成为钠离子电池负极研究的热点之一，但是这些材料大多数表现出较差的导电性，且在脱/嵌Na
+
过程中伴随较大的体积变化和金属团聚，从而影响钠离子电池的循环稳定性。金属氧化物极化较大，电导率低。金属硫化物在电化学循环过程中存在聚硫离子溶解问题，导致循环和倍率性能较差。虽然金属硒化物(M
x
Se
y
)的极化相对较小，电导率相对较高，并且金属硒化物可以有效避免循环过程中金属硫化物存在的聚硫离子溶解的问题，同时硒原子还具有比硫原子直径更大、金属性更强的特点，金属硒化物较金属硫化物具有更大的层间距和更高的电导率。然而，金属硒化物在嵌脱钠过程中，存在团聚现象，其自身电子、离子传输速率差，体积膨胀还会使结构塌陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种双金属硒化物碳微球复合材料，该材料解决了硒化物在充放电过充中存在的团聚现象和体积膨胀大、导电性差的问题。
[0006]本专利技术还提供了上述双金属硒化物碳微球复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述双金属硒化物碳微球复合材料的应用。
[0008]本专利技术还提供了含有上述双金属硒化物碳微球复合材料的钠离子电池。
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种双金属硒化物碳微球复合材料，所述复合材料以碳微球为基体，所述基体的内部与表面分布有双金属硒化物纳米粒子。
[0010]本专利技术的双金属硒化物碳微球复合材料，至少具有以下有益效果：
[0011]本专利技术的双金属硒化物碳微球复合材料中，两种金属硒化物通过碳基质互相交联，均匀地结合成微米球，两种金属硒化物中，双过渡金属离子发挥金属协同效应，分散了材料的表面势能能，有利于氧化还原反应深度进行。双金属协同效果可以提高材料整体的电子和离子传输作用从而提高材料的活性和储钠性能。碳基质不仅提供了导电网络，还限制了材料的体积膨胀。
[0012]本专利技术的双金属硒化物碳微球复合材料，原料便宜、易得。具有优秀的离子、电子传输速率。兼顾了硒化锌低电压工作平台和硒化钴高容量的优点，双金属协同作用使材料获得良好的倍率性能、循环性能。材料稳定性好，储钠容量高，适合商业化应用。
[0013]双金属硒化物碳微球复合材料中，两种金属一个高价一个低价不是必须的。首先双金属硒化物具有更强的金属性，更低的禁带宽度，更高的电导率。因此，双金属硒化物展现出更强的化学活性以及更高的电化学活性。双金属离子分散材料中，协同效应可以诱导提高材料的表面能分散，有利于材料的氧化还原反应。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述复合材料的粒径为2μm～10μm。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述双金属硒化物包括硒化钴、硒化锌、硒化铁、硒化镍和硒化铜中的两种。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述双金属硒化物中钴的摩尔百分比为3％～7％。
[0017]金属钴价格昂贵，资源短缺，会成为发展的资源短板。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述双金属硒化物可以为硒化钴和硒化锌。
[0019]双金属硒化物为硒化钴和硒化锌时，ZnSe、CoSe2均匀地结合成微米球，高价的Co
4+
的引入提高了二价Zn
2+
的电子、离子传输速率，发挥了双金属的协同作用，提高了材料的活性、储钠性能，同时解决了硒化物在充放电过程中存在的团聚问题和体积膨胀，提高了导电性。需要说明的是，双金属硒化物不一定需要是两种价态，是过渡金属离子即可，即可发挥双金属硒化物的协同效应。
[0020]本专利技术的第二方面提供了制备双金属硒化物碳微球复合材料的方法，包括以下步骤：
[0021]S1：将金属源与硒源在溶剂中分散均匀，得到溶液A；
[0022]S2：向所述溶液A中加入碳源与碱，搅拌均匀后得到溶液B；
[0023]S3：将所述溶液B置于高压反应釜中进行水热反应。
[0024]本专利技术的双金属硒化物碳微球复合材料的制备方法，无需前驱体，工艺步骤简明，反应条件不苛刻。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述金属源包括二水合醋酸锌、六水合硝酸钴、氯化铁、氯化铜、氯化镍、六水合硝酸铁、六水合硝酸镍、硝酸铜中的两种。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述金属源可以为二水合醋酸锌和六水合硝酸钴。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述溶剂包括水、甲醇或乙醇。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述硒源为硒粉。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳源包括葡萄糖、可溶性淀粉和一水合柠檬酸
中的至少一种。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，还包括在步骤S3之后，对产物进行干燥处理。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述水热反应的温度为120℃～180℃，时间为12h～30h。
[0032]本专利技术的第三方面提供了上述双金属硒化物碳微球复合材料在制备钠离子电池中的应用。
[0033]本专利技术的第四方面提供了钠离子电池，所述钠离子电池含有上述的双金属硒化物碳微球复合材料。
附图说明
[0034]图1是本专利技术双金属硒化物碳微球复合材料的扫描电镜图。
[0035]图2是本专利技术双金属硒化物碳微球复合材料的X射线衍射图。
[0036]图3是本专利技术双金属硒化物碳微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双金属硒化物碳微球复合材料，其特征在于，所述复合材料包括碳微球基体，所述碳微球基体的内部与表面分布有双金属硒化物纳米粒子。2.根据权利要求1所述的双金属硒化物碳微球复合材料，其特征在于，所述双金属硒化物包括硒化钴、硒化锌、硒化铁、硒化镍和硒化铜中的两种。3.根据权利要求1所述的双金属硒化物碳微球复合材料，其特征在于，所述双金属硒化物中钴的摩尔百分比为3％～7％。4.一种制备如权利要求1所述的双金属硒化物碳微球复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将金属源与硒源在溶剂中分散均匀，得到溶液A；S2：向所述溶液A中加入碳源与碱，搅拌均匀后得到溶液B；S3：将所述溶液B置于反应釜中进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁治英，谢旭，童汇，喻帅，刘洋，涂瑞萱，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：