一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料及制备方法和应用，属于储能材料制备技术领域。使用三维网状石墨烯/泡沫镍为基体，乙二醇或甘油作为溶剂，无机锡盐作为Sn

【技术实现步骤摘要】
一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于储能材料制备
，具体涉及一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人类文明的进步和全球工业化的快速发展，人们的生活质量得到了很大的提高。随之而来人类社会将会面临两大主要问题：能源危机和环境污染。研发一种清洁储能技术对于解决这两大问题具有深远的意义。因此，开发一种储量高、能效高且对环境污染较小的新型储能材料是很有必要的。二次电池具有大电流放电能力，功率密度大，循环寿命长，环境友好等多种优势受到人们的广泛关注。电极材料作为电池很重要的一部分，其中合金类负极材料由于其优异的电化学性质和丰富的自然资源而被广泛应用于储能材料的研究中。
[0003]但这类材料在合金化过程中，每个原子与Na
+
结合形成富钠相的合金，导致发生严重的体积膨胀和材料也会产生SEI膜不利于离子和电子的传输，导致材料的电化学性能变差。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料及制备方法和应用，解决了现有技术中合金类负极材料在合金化过程中，存在体积膨胀和电化学性能变差的技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将三维网状石墨烯/泡沫镍加入到乙二醇或甘油中，加入无机锡盐，搅拌均匀后，加入表面活性物质至完全溶解，得到溶液A；将硒粉加入到还原性溶剂中，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
[0008]2)将溶液B加入到溶液A中搅拌均匀，转移至反应釜中，水热反应后，冷却至室温，再热处理后，得到三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料。
[0009]优化地，步骤1)中，所述无机锡盐：表面活性物质：硒粉的质量比为(0.05～2.67)：(0.02～0.78)：(0.068～0.858)。
[0010]优化地，步骤2)中，所述水热反应的温度为130～210℃，时间为8～20h。
[0011]优化地，步骤2)中，所述热处理的温度为300～800℃，时间为2～5h。
[0012]优化地，步骤2)中，所述搅拌速度为200～500r/min，搅拌时间为50～120min。
[0013]优化地，步骤1)中，所述每40～70mL乙二醇或甘油中加入(1
×
1)～(6
×
6)cm2的三维网状石墨烯/泡沫镍；所述每4～11mL还原性溶剂中加入0.068～0.858g硒粉。
[0014]优化地，步骤1)中，所述溶液A的搅拌时间为40～100min；所述溶液B的搅拌时间为20～50min。
[0015]优化地，步骤1)中，所述无机锡盐为SnCl2·
2H2O或Sn(C7H
15
COO)2，所述表面活性物质为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或乙二胺四乙酸，所述还原性溶剂为烷基苯磺酸钠、三乙醇胺或水合肼。
[0016]本专利技术还公开了上述的制备方法制得的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料。
[0017]本专利技术还公开了上述三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料在制备合金类电极材料中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术公开了三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，使用三维网状石墨烯/泡沫镍为基体，可以有效缓解体积膨胀，三维网状石墨烯具有高比表面积、高质量和高导电性，能够促进电极与电解液的电荷传输，泡沫镍可以构建具有大比表面积的特殊纳米结构，进而提高电极材料与电解液的接触面积，缩短电化反应过程中的传质扩散路径，增加材料的本征导电性，二者的协同作用，能有效提高电极材料的比容量和循环倍率性能，乙二醇或甘油作为溶剂，无机锡盐作为Sn
2+
源，加入的表面活性物质在辅助纳米材料生长的同时，可以起到稳定分散的作用，进而减少团聚；还原性溶剂将硒粉还原为Se2‑
，Sn
2+
与Se2‑
反应生成硒化锡，硒化锡是一种重要的IV
‑
VI半导体材料，能隙大约为0.9eV，嵌钠容量为780mAh g
‑1，再采用简单的溶剂热法结合热处理将三维网状石墨烯/泡沫镍与硒化锡结合，三维网状石墨烯/泡沫镍框架与硒化锡存在较强的化学作用，使得复合材料在多次充放电过程中不易破碎，在缓解体积膨胀的基础上，还充分发挥其优良的导电性，最终制备出三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料，本专利技术采用的制备工艺简单，重复性较高，制备周期短，反应温度低，制备成本低，对环境无污染，可以大规模生产。
[0020]进一步地，还原性溶剂为烷基苯磺酸钠、三乙醇胺或水合肼，不仅能够将硒粉还原为Se2‑
，还能够有效的与Sn
2+
络合，控制产物的尺寸，使制得的材料为纳米化结构，进而有效提升三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的电化学性能。
[0021]本专利技术公开的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料具有高比容量和循环倍率，以三维网状石墨烯/泡沫镍为基体，即缓解了体积膨胀，同时提高了SnSe的导电性，高质量、高导电性石墨烯的存在促进电极与电解液的电荷传输，加上泡沫镍的协同作用，能有效提高电极材料的比容量和循环倍率性能，三维网状石墨烯/泡沫镍框架与硒化锡存在较强的化学作用，使得复合材料在多次充放电过程中不易破碎，在缓解体积膨胀的基础上，还充分发挥其优良的导电性。
[0022]本专利技术公开的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料应用于电极材料时，可直接对所制得的三维网状石墨烯/泡沫镍复合硒化锡自支撑材料进行切片，将其用做钠离子电池的负极材料，不再需要额外的涂膜过程，就能使得钠离子电池具有很好的电化学性能。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的X
‑
射
线衍射(XRD)图谱；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的扫描电镜(SEM)照片，其中，(a)为高倍率下的SEM图，(b)为低倍率下的SEM图。
具体实施方式
[0025]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将三维网状石墨烯/泡沫镍加入到乙二醇或甘油中，加入无机锡盐，搅拌均匀后，加入表面活性物质至完全溶解，得到溶液A；将硒粉加入到还原性溶剂中，搅拌至完全溶解，得到溶液B；2)将溶液B加入到溶液A中搅拌均匀，转移至反应釜中，水热反应后，冷却至室温，再热处理后，得到三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料。2.根据权利要求1所述的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述无机锡盐：表面活性物质：硒粉的质量比为(0.05～2.67)：(0.02～0.78)：(0.068～0.858)。3.根据权利要求1所述的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述水热反应的温度为130～210℃，时间为8～20h。4.根据权利要求1所述的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述热处理的温度为300～800℃，时间为2～5h。5.根据权利要求1所述的三维网状石墨烯/泡沫镍/硒化锡自支撑材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述搅拌速度为200～500r/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，王怡婷，曹丽云，李嘉胤，王芳敏，姬宇，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：