System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种高熵硒化物钠离子电池材料及制备方法技术_技高网
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一种高熵硒化物钠离子电池材料及制备方法技术

技术编号:40940376 阅读:3 留言:0更新日期:2024-04-18 14:58
本发明专利技术提供了一种高熵硒化物钠离子电池材料及其制备方法,由前驱体与硒粉经高温热解制备而成,所述前驱体由硝酸镍、硝酸钴、硝酸锌、硝酸锰、硝酸铜混合物与二水合柠檬酸钠及铁氰化钾反应后制得。本发明专利技术提供的高熵硒化物钠离子电池材料,热力学高熵效应和动力学迟滞扩散效应使高熵材料在恶劣的工况下也能保持稳定的结构,抑制体积膨胀,提高了钠离子电池材料的循环性能;制备原料易得,制备成本较低,方法简单,条件温和,安全性高,且不须大型设备,制得的高熵硒化物钠离子电池负极材料性能优异,适合大规模工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钠离子电池材料领域,特别涉及一种高熵硒化物钠离子电池材料及制备方法


技术介绍

1、锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点,被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、混合动力汽车等领域。然而,锂资源分布有限且不均匀,限制了锂在可再生能源存储和电网中的应用,开发高性能和可持续的电化学能量存储和转换系统是当今智能电网等可再生能源应用日益增长的需求。

2、与锂离子电池相比,钠离子电池具有丰富的钠含量和全球可用性,被认为是锂离子电池的补充。然而,一些研究表明,市场上占主导地位的石墨负极在钠离子电池中具有较低的容量(小于35mah/g),这表明一些锂离子电池的活性材料不适合用于钠离子电池。

3、钠离子具有较大的离子半径,比锂离子具有更高的还原电位这些差异可能导致钠离子在电极材料中的调节,从而表现出不利的反应和转移机制。例如,钠离子较大的半径可能导致其在充放电过程中扩散缓慢、钠宿主材料晶体结构坍塌等问题。因此,缺乏合适的负极材料是阻碍钠离子电池大规模应用的瓶颈。为了解决这些问题,人们提出了许多加速离子/电子转移和减轻体积膨胀的策略,如制造导电碳骨架、核-壳结构、空心/多孔结构等,尽管取得了一定成果,但仍会出现纳米晶聚集和结构退化等问题,导致循环性能下降。

4、近年来,包含五种或更多主导元素的高熵材料由于在各种应用中具有吸引人的特点,正在成为重点研究对象。高熵材料将多种主要元素结合在一起,形成新的稳定的单相固溶体而非相分离混合物,这不仅使高熵材料结合了每个元素各自的优点,并且随着熵的增加赋予其独特的性质,如晶格畸变效应、“鸡尾酒”效应和缓慢扩散效应。组成元素的增加引起混合构型熵的增加足以克服单相化合物的生成焓,形成简单的固溶结构。

5、丰富而灵活的组件设计为定制或微调电化学行为开辟了新的机会,将高熵材料的概念引入到现有的钠离子电池的过渡金属硒化物负极材料技术中,可能有助于同时优化钠离子电池负极材料的多种性能。


技术实现思路

1、为解决现有技术的上述缺陷,本专利技术提供如下技术方案:

2、一种高熵硒化物钠离子电池材料,所述高熵硒化物钠离子电池材料由前驱体与硒粉经高温热解制备而成。

3、所述前驱体由硝酸镍、硝酸钴、硝酸锌、硝酸锰、硝酸铜混合物与二水合柠檬酸钠及铁氰化钾反应后制得。

4、一种高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,包括以下步骤:

5、1)将硝酸镍、硝酸钴、硝酸锌、硝酸锰、硝酸铜等摩尔比混合,加入化学计量的二水合柠檬酸钠与去离子水,配制溶液a。

6、2)称取一定量的铁氰化钾溶于去离子水,得到溶液b,将a、b两种溶液混合,搅拌后陈化,得到前驱体。

7、3)将前驱体与硒粉以一定化学计量比装入管中,真空封管,在管式炉中经过两次升温处理,得到的产物经水和乙醇洗3~5次,置于真空烘箱烘干,得到目标产物。

8、优选地,所述步骤1)中,金属盐:二水合柠檬酸钠:去离子水=(2~3)mmol:(2.2~4)mmol:(40~60)ml。

9、优选地,所述步骤2)中铁氰化钾与去离子水的比例为(2~3)mmol:(40~60)ml。

10、优选地,所述步骤2)中搅拌时间为1~30min,陈化时间为18~48h。

11、优选地,所述步骤3)中前驱体与硒粉的比例为1mmol:(1~6)mmol。

12、优选地,所述步骤3)中两次升温处理的工艺参数分别为:第一次升温速率2~5℃/min,升温至350~500℃,保温3~6h;第二次升温速率2~5℃/min,升温至600~800℃,保温2~4h。

13、优选地,所述步骤3)中烘干的工艺参数为:烘箱温度60℃,干燥12h。

14、通过扫描电镜技术对上述方法所制备的高熵硒化物钠离子电池材料进行检测,显示制备的材料呈现立方块形貌(图1),证明所得材料为目标产物。

15、通过标准卡片吻合的x射线衍射技术对上述方法所制备的高熵硒化物钠离子电池材料进行检测(图2),证明所得材料为目标产物。

16、与现有技术相比,本专利技术提供的高熵硒化物钠离子电池材料及其制备方法,具备以下有益效果:

17、1、本专利技术使用高熵过渡金属硒化物作为钠离子电池负极材料,热力学高熵效应和动力学迟滞扩散效应使高熵材料在恶劣的工况下也能保持稳定的结构,抑制体积膨胀,提高了钠离子电池材料的循环性能。

18、2、本专利技术制得的高熵硒化物钠离子电池负极材料,在1000ma/g电流密度下放电比容量可达760mah/g,显著提高钠离子电池比容量,并具有较好的循环稳定性(图3)。

19、3、本专利技术制备原料易得,制备成本较低,方法简单,条件温和,安全性高,且不须大型设备,制得的高熵硒化物钠离子电池负极材料性能优异,适合大规模工业生产。

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【技术保护点】

1.一种高熵硒化物钠离子电池材料,其特征在于,所述高熵硒化物钠离子电池材料呈现立方块形貌,由前驱体与硒粉经高温热解制备而成;

2.根据权利要求1所述的一种高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,金属盐:二水合柠檬酸钠:去离子水=(2~3)mmol:(2.2~4)mmol:(40~60)mL。

4.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤2)中铁氰化钾与去离子水的比例为(2~3)mmol:(40~60)mL。

5.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤2)中搅拌时间为1~30min,陈化时间为18~48h。

6.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤3)中前驱体与硒粉的比例为1mmol:(1~6)mmol。

7.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤3)中两次升温处理的工艺参数分别为:第一次升温速率2~5℃/min,升温至350~500℃,保温3~6h;第二次升温速率2~5℃/min,升温至600~800℃,保温2~4h。

8.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤3)中烘干的工艺参数为:烘箱温度60℃,干燥12h。

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【技术特征摘要】

1.一种高熵硒化物钠离子电池材料,其特征在于,所述高熵硒化物钠离子电池材料呈现立方块形貌,由前驱体与硒粉经高温热解制备而成;

2.根据权利要求1所述的一种高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,金属盐:二水合柠檬酸钠:去离子水=(2~3)mmol:(2.2~4)mmol:(40~60)ml。

4.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料制备方法,其特征在于,所述步骤2)中铁氰化钾与去离子水的比例为(2~3)mmol:(40~60)ml。

5.根据权利要求2所述的高熵硒化物钠离子电池材料...

【专利技术属性】
技术研发人员:牛利孙中辉韦春妍何颖
申请(专利权)人:广州大学
类型:发明
国别省市:

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