一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法及钠离子电池负极应用技术

本发明专利技术提供了一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法及钠离子电池负极应用，方法包括：通过调控水热合成条件，制备得到Co(CO3)

【技术实现步骤摘要】
一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法及钠离子电池负极应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其构建了一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法及钠离子电池负极应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于锂资源的有限以及对新型电极材料的高性能要求，极具发展前景的钠离子电池受到广泛的关注。然而，充放电过程中较快的容量衰减以及并不稳定的循环倍率性能阻碍了钠离子电池的大规模发展。因此，探寻合适的电极材料成为亟待解决的问题。在负极材料中，二硒化钴具有较大的原子层间距，能有效提高储钠容量，是很有前途的钠离子负极材料。然而，如何缓解该材料在电化学转换中的体积膨胀和结构粉化，成为研究的难点与重点。Yin制备了附着在碳纳米纤维的CoSe2颗粒，测试表明其比容量较高、循环稳定性得到明显改善。不同的研究小组还证明，经过N掺杂的CoSe2复合材料可以缓解长循环过程的容量衰减问题。例如，Yang等人证明了N掺杂碳骨架复合材料在每循环测试中展现出非常低的容量衰减，这与N掺杂碳基质与提供储钠位点的CoSe2颗粒之间的强有力的结合能密不可分。Jo等人通过多步骤热处理温度设计协同静电纺丝制备方法合成了形似金刚草状的CoSe2纳米晶复合N
‑
CNTs的石墨烯纳米纤维(N
‑
CNT/rGO/CoSe
2 NF)。其别具一格的金毛草花状独特结构，为钠离子的运输提供了更为方便快捷的通道。大电流密度10A/g下的电化学测试表明，经过10000次循环后N
‑
CNT/rGO/CoSe
2 NF的可逆容量达到264mAh/g，第100次循环后仍然可以实现89％的高放电容量保持率。Zhao等以ZIF
‑
67作为前驱体，设计了一种基于氮掺杂碳基质的共嵌入TiO2涂覆层的CoSe2纳米结构(CoSe2@NC@TiO2)。在氮掺杂的碳基体中CoSe2的纳米颗粒加快了钠离子在活性材料中的传输速度，对其在0.1A/g的电流密度下进行带你化学性能测试，其首次充放电容量为520mAh/g，经过200次后循环，容量保持率高达78％。
[0003]因此，探究二硒化钴应用于钠离子电池负极材料的储能方面，首先要考虑到并且重点攻克的难关就在于，如何有效缓解充放电过程中负极材料的体积膨胀。综上所述，部分研究者采用的较为复杂的合成工艺制备得到具有不同结构的CoSe2复合材料。本专利技术通过优化工艺制备得到了具有独特结构的复合材料，实现储钠应用提供了更多的活性位点，并且能够高度缓解负极材料在充放电过程中的体积膨胀。

技术实现思路

[0004]本专利技术构建了一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法及钠离子电池负极应用，能够有效解决上述应用过程中出现的问题。
[0005]本专利技术旨在针对现有技术中容量衰减、首次库伦效率较低等不足，提供一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法及钠离子电池负极应用。该方法通过简单的水热合成以及可控气相硒化步骤，制备得到氮掺杂碳层包裹CoSe2纳米颗粒的复合材料，且具有独特的海葵状形貌。将其应用于钠离子电池负极材料，首次库伦效率高达90％以上，较大电流密度下的
循环性能得到明显改善，电荷转移电阻较小，整体展现出优异的电化学性能。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术进一步提供一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法，包含以下步骤：
[0008]S1，通过调控水热合成条件，制备得到Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O前驱体，该前驱体具有独特的海葵状形貌。将Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O前驱体添加在含有Tris的pH＝8.0～9.0缓冲溶液中进行超声分散，然后按照Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O前驱体与多巴胺质量比为0.8～1.9:1，在溶液中加入多巴胺于常温下搅拌8～20h，得到黑色沉淀状分离物；
[0009]S2，用去离子水和乙醇将上述得到的黑色沉淀状分离物多次洗涤后放入烘箱内，在60℃～80℃恒温5～10h后得到Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O@PDA；
[0010]S3，将Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O@PDA和Se粉按照质量比为1:2～5混合均匀，置于充满Ar气氛的管式炉中，在350～450℃下恒温2～6h，升温速率控制在1～5℃/min，进行硒化处理，最后得到CoSe2@NC。
[0011]本专利技术提供一种海葵状CoSe2复合材料的钠离子电池负极应用，该负极活性物质为氮掺杂碳包覆海葵状CoSe2@NC复合材料，所述氮掺杂碳包覆修饰海葵状CoSe2@NC复合材料的粒径为1微米～3微米。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术的CoSe2复合材料通过便捷低成本的水热合成方法以及高度可控的硒化工艺制备得到了具有独特海葵状结构的CoSe2材料(CoSe2@NC)。该材料在应用于钠离子电池负极时展现出优异的电化学性能，首次库伦效率高达93.93％，在2A g
‑1的电流密度下循环100次后仍能保持214.6mAh g
‑1的比容量。该复合材料优异的性能与其独特的海葵状结构密不可分，这种特殊的结构不仅为实现储钠应用提供了更多的活性位点，而且材料表面的氮掺杂碳包覆层有效缓解了负极材料在充放电过程中的体积膨胀，从而使材料具备更有应用潜能的电化学性能。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014]图1是本专利技术实施例提供的Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O前驱体的XRD表征图。
[0015]图2是本专利技术实施例提供的Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O前驱体的SEM图。
[0016]图3是本专利技术实施例提供的Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O@PDA的SEM图。
[0017]图4是本专利技术实施例提供的CoSe2@NC的XRD表征图。
[0018]图5是本专利技术实施例提供的CoSe2@NC的SEM图。
[0019]图6是本专利技术实施例提供的CoSe2在0.1mV s
‑1的扫描速率、电压窗口为0.01～3.0V vs.(Na/Na
+
)的CV测试曲线。
[0020]图7是本专利技术实施例提供的CoSe2和CoSe2@NC电极材料在电压窗口为0.01～3.0V，电流密度为200mA g...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海葵状CoSe2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，通过水热合成制备得到Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O前驱体，将前驱体添加在含有Tris的缓冲溶液中进行超声分散，然后在溶液中加入多巴胺于常温下搅拌，得到黑色沉淀状分离物；S2，用去离子水和乙醇将上述分离物洗涤后烘干得到Co(CO3)0.5(OH)
·
0.11H2O@PDA；S3，将Co(CO3)0.5(OH)
·
0.11H2O@PDA和Se粉混合均匀，进行硒化处理，最后得到具有海葵状形貌的CoSe2@NC复合材料。2.如权利要求1所述的海葵状CoSe2复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，通过下列方法获得具有独特海葵状形貌的Co(CO3)0.5(OH)
·
0.11H2O前驱体：S11，在去离子水中加入一定量的四水合乙酸钴进行搅拌，待充分溶解后加入尿素，搅拌至形成均匀混合溶液后转入50ml反应釜中，放入烘箱内，在100℃下反应5h得到沉淀物，用去离子水和酒精多次离心洗涤、最后干燥得到具有海葵状形貌的Co(CO3)0.5(OH)
·
0.11H2O前驱体。3.如权利要求1所述的海葵状CoSe2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1，将前驱体添加在含有Tris的pH＝8.0～9.0缓冲溶液中进行超声分散。4.如权利要求1所述的海葵状CoSe2复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：应少明，吴佳圣，林志雅，欧容秀，
申请(专利权)人：宁德师范学院，
类型：发明
国别省市：