【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池电极材料，具体涉及一种含多重异质界面金属硒化物材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、为了取代汽油动力交通的主导地位，电动汽车的增长率明显高于以前，这导致锂离子电池市场不再满足当前相关行业的需求，且对高性能锂离子电池提出新的挑战。电极材料，尤其是阳极材料，是决定锂离子电池（libs）整体性能的重要组成部分之一。商业负极石墨存在潜在的安全问题，且理论容量较低，远不能满足高性能libs的需求，需进一步开发新型的高性能阳极材料。
2、作为典型的转换型阳极，过渡金属硒化物（tms）表现出比合金型阳极略小的体积膨胀，同时具有比其他转换型阳极更高的理论容量。与其他类转化型阳极相比，tms具有丰富的氧化还原价态、相对低的极化、较高的可逆性和电子导电性，但充放电过程中锂离子的往复嵌入脱出仍会导致材料严重的体积膨胀，结构崩塌，容量迅速衰减。此外，过渡金属硒化物固有的半导体特性引起较大电荷转移阻抗，同时离子运输动力学过程缓慢。大量研究表明界面工程、缺陷工程和微纳米结构设计是解决上述问题的有效策略。
3、其中，界面工程主要涉及异质异质结、均质异质结和异质界面三类。研究最为广泛的异质异质结是基于至少两种金属硒化物在费米能级、能带和载流子浓度之间的差异形成内建电场，界面处电荷重新分配，产生更多的缺陷和活性位点，从而加快电子、离子的快速传导，增强材料导电性，并提高材料结构的稳定性，最终改善电极材料的储锂性能。与异质异质结不同，均质异质结是基于同一物质的不同相，在晶格匹配、键合和电阻方面具有更好的相容性。异质界
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种含多重异质界面金属硒化物材料及其制备方法和应用，所述金属硒化物材料中同时含有znse/o-cose2（异质）和c/o-cose2（均质）两种异质结构，还存在znse/cose2纳米颗粒与氮掺杂碳纳米片间的异质界面，多重异质界面，强的界面效应辅以丰富的znse、c-cose2、o-cose2三种（其中，c-cose2为立方相cose2，o-cose2为正交相cose2）活性位点能够显著提升材料的电化学性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术公开了一种含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，包括如下步骤：
3、（1）将zn(no3)2•6h2o溶解于无水甲醇中配制成溶液a、2-甲基咪唑溶解于无水甲醇中配制成溶液b，将溶液a加入到溶液b中搅拌均匀，然后在恒温水浴下搅拌反应，将反应得到的产物进行离心，弃去上层清液，得到下层沉淀物，并用无水甲醇将沉淀物多次离心洗涤，然后进行真空干燥，得到zif-8；
4、（2）将zif-8分散到混合溶液c中进行室温搅拌反应，其中，混合溶液c的溶质为co(no3)2•6h2o和2-甲基咪唑，溶剂至少包括无水甲醇、去离子水中的一种；反应结束后，将得到的产物进行离心，弃去上层清液，得到下层沉淀物，并用洗涤剂将沉淀物多次离心洗涤，然后进行真空干燥，得到zif-8@znco-ldhs前驱体；所述洗涤剂的组成成分及各成分的比例与混合溶液c的溶剂相同；
5、（3）将步骤（2）得到的前驱体zif-8@znco-ldhs置于管式炉下游，硒粉置于管式炉上游，随后在惰性气氛下先升温至一定温度，然后再恒温一段时间，待恒温结束后自然冷却到室温，即可得含多重异质界面金属硒化物材料。
6、进一步的，步骤（1）中溶液a中硝酸锌的浓度为0.1~0.3 mol/l，zn(no3)2•6h2o和2-甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:5；
7、进一步的，步骤（1）中，恒温水浴的温度为25~45℃、搅拌反应的时间为12~36小时；
8、进一步的，步骤（2）中硝酸钴的浓度为0.02~0.05 mol/l，且co(no3)2•6h2o与2-甲基咪唑的摩尔比为1:1~4:1；
9、进一步的，步骤（2）中所使用的无水甲醇与去离子水的体积比为2.5:0.5~0:3，搅拌反应的时间为12~36小时，离心分离的转速为5000~10000 转/分钟，每次离心分离的时间为5~10分钟；干燥温度为50~80℃。
10、进一步的，步骤（3）中前驱体zif-8@znco-ldhs与硒粉的质量比为1:2~1:8，惰性气氛为n2气氛，升温速率为2~8℃/min，升温至350~650℃，恒温时间为2~5小时。
11、本专利技术的目的还在于提供一种按照上述方法制得的含多重异质界面金属硒化物材料及该含多重异质界面金属硒化物材料作为锂离子电池负极材料的应用。
12、进一步的，上述含多重异质界面金属硒化物材料是一种氮掺杂碳纳米片负载双金属硒化物纳米颗粒的复合材料，双金属硒化物纳米颗粒尺寸为10-20 nm。
13、本专利技术以金属有机框架化合物zif-8为前驱体，通过溶剂辅助共沉淀-热解硒化策略，制备含有多重异质界面的金属硒化物锂离子电池负极材料。通过znse/cose2、c-/o-cose2构建不同类型异质结，界面处形成内置电场，提高电极材料表面反应动力学，加快电子转移速率，进而提升材料储锂性能。此外，金属硒化物颗粒与zif-8衍生的氮掺杂碳纳米片间强的耦合作用构建了异质界面，增强了电子在外部的传递和材料的结构稳定性。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
15、（1）本专利技术提出的制备方法利用金属有机框架化合物前驱体的优势，仅通过前驱体的制备、溶剂辅助共沉淀、热解硒化三步便得到目标产物，制得的材料产率高、稳定性好、重复性强，为探索大规模合成性能优异的高倍率特性锂离子电池负极材料提供了选择；
16、（2）本专利技术仅采用了简单的溶剂辅助共沉淀、气相硒化的方法，工艺简单易实现，对设备要求低，制作周期短，具有极大的应用潜力；
17、（3）采用本专利技术制备方法得到的含多重异质界面金属硒化物的复合材料，提高了材料的导电性和结构稳定性，加快了锂离子迁移速度并缩短了电子扩散距离，进而有效地提高了材料电化学性能；
18、（4）采用本专利技术制备方法得到的含多重异质界面金属硒化物的复合材料用作锂离子电池负极材料时，在0.5a/g电流密度下进行测试，首次放电比容量可达871 mah/g，循环280次后放电比容量升高至1188 mah/g，表现出优异的循环性能；在1 a/g电流密度下循环600次后放电比容量仍可保持在788 mah/g，具有很好的长寿命性能；在不同电流密度下的倍率性能测试中，该材料仍表现出很好的容量保持率。前述测试结果表明通过这种含多重异质界面金属硒化物的复合材料不仅被赋予高的储锂性能，还兼具优良倍率特性，是高能量密度、高功率密度锂离子电池的潜在应用材料；
19、（5）本专利技术结合溶剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中溶液A中硝酸锌的浓度为0.1~0.3 mol/L，Zn(NO3)2•6H2O和2-甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:5。
3.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，恒温水浴的温度为25~45℃、搅拌反应的时间为12~36小时。
4.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中硝酸钴的浓度为0.02~0.05 mol/L，且Co(NO3)2•6H2O与2-甲基咪唑的摩尔比为1:1~4:1。
5.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所使用的无水甲醇与去离子水的体积比为2.5:0.5~0:3，搅拌反应的时间为12~36小时，离心的转速为5000~10000 转/分钟，每次离心的时间为5~10分钟；干燥温度为50~80℃。
6.如权利要求1所述
7.如权利要求1~6任一项所述制备方法制得的含多重异质界面金属硒化物材料。
8.如权利要求7所述的含多重异质界面金属硒化物材料，其特征在于：所述含多重异质界面金属硒化物材料是一种氮掺杂碳纳米片负载双金属硒化物纳米颗粒的复合材料，所述双金属硒化物纳米颗粒尺寸为10-20 nm。
9.如权利要求7所述的含多重异质界面金属硒化物材料作为锂离子电池负极材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中溶液a中硝酸锌的浓度为0.1~0.3 mol/l，zn(no3)2•6h2o和2-甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:5。
3.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，恒温水浴的温度为25~45℃、搅拌反应的时间为12~36小时。
4.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中硝酸钴的浓度为0.02~0.05 mol/l，且co(no3)2•6h2o与2-甲基咪唑的摩尔比为1:1~4:1。
5.如权利要求1所述的含多重异质界面金属硒化物材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所使用的无水甲醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，于海峰，冯婷，唐春娟，李继利，弓正，王宇赫，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。