[發明專利]一種水溶性金屬硒化物納米粒子、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201710563833.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107342419B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 李春光;婁悅;施展
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;B82Y30/00;H01M10/0525
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種水溶性金屬硒化物納米粒子、制備方法及其在鋰電池負極材料方面的應用，屬于鋰離子電池負極材料技術領域；是將氯化亞銅、氯化錫、油胺和油酸在室溫攪拌均勻，在220～230℃下將二苯基二硒醚的油胺溶液快速注入其中，235～250℃下反應5～30分鐘，自然冷卻至室溫得到油溶性金屬硒化物納米晶；將乙醇和3?巰基丙酸混合，室溫攪拌均勻，然后調節反應液的pH＝10～11；在室溫條件下，超聲反應液和油溶性金屬硒化物納米晶甲苯溶液的混合液，加入丙酮后離心，沉淀洗滌真空干燥后得到水溶性金屬硒化物納米粒子，粒徑約20～30納米。本發明方法制備工藝簡單，工藝重復性好，產物結構穩定，導電性好，具有充放電比容量高，高倍率，循環充放電穩定等優點。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種水溶性金屬硒化物納米粒子、制備方法及其在鋰電池負極材料方面的應用。

背景技術

以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主的能源結構已經引發嚴重的能源短缺、資源爭奪、氣候變化與環境污染等問題，影響并威脅著人類的生存與社會的發展。在諸多儲能設備中，二次鋰離子電池由于其高能量密度、較長的循環壽命、成本低和環境安全等優點，在便攜電子設備，如筆記本電腦、手機等中被大量應用。目前商業化的鋰離子電池廣泛使用的負極主要是石墨類材料，但石墨理論容量低(330mAh g^-1)，很難滿足電動汽車動力電源和太陽能、風能等新能源等大型儲能設備的要求。因此開發具有高理論容量、高循環穩定性和良好的倍率性能的新型負極納米材料，突破能源發展的技術瓶頸，對維持能源的可持續性發展具有極其重要的意義

錫基負極材料具有理論容量高，安全性能高等優點，成為可替代石墨的理想鋰離子電池負極材料。但是，純的錫基材料在嵌鋰和脫鋰過程中會發生較大的體積膨脹，導致電池循環充放電穩定性降低。并且自身導電性差和不可逆容量大等問題會制約這類材料的實際應用。目前解決這個關鍵問題的措施主要是與一些非活性C、石墨烯、金屬等導電率較好材料進行物理或化學復合，抑制體積的膨脹的同時，提高電極材料的導電率，從而改善電極材料性能。這種方法雖然可以一定程度上提高導電性，提供有效緩沖體積膨脹的空間，但由于復合材料制備過程復雜，成本高，商業化進程緩慢。

發明內容

本發明的目的是針對背景技術中存在的不足，提供了一種新型水溶性金屬硒化物納米粒子鋰電池負極材料、制備方法及其應用。其制備工藝簡單，環保，成本較低。解決了現有制備方法中需要復合碳材料的問題，且材料具有高充放電比容量高和高循環穩定性。

本發明所述的一種水溶性金屬硒化物納米粒子，其為正六面體型，纖鋅礦型結構，分子式為Cu₉Sn₂Se₉，平均粒徑約30～40納米，其制備步驟如下：

a.將二苯基二硒醚與油胺混合，室溫磁力攪拌均勻，得到亮黃色、穩定透明、濃度為0.05mol/L～0.15mol/L的二苯基二硒醚油胺溶液；

b.將金屬鹽與油胺、油酸在氮氣保護下混合，磁力攪拌均勻，得到金屬鹽油胺油酸反應混合溶液；其中所述的金屬鹽為氯化亞銅和氯化錫的混合，氯化亞銅、氯化錫與二苯基二硒醚的摩爾用量比為1：0.5～1：1～1.5，油酸與油胺的體積比為1～2：4，反應混合溶液中氯化亞銅的濃度為0.01mol/L～0.02mol/L；

c.在220～230℃下，將步驟a得到的二苯基二硒醚油胺溶液快速注入到金屬鹽油胺油酸反應混合溶液中，在235～250℃下反應5～30分鐘，自然冷卻至室溫，得到表面未修飾的金屬硒化物納米晶粗產品溶液；

d.向步驟c得到的金屬硒化物納米晶粗產品溶液中加入乙醇后離心，所得沉淀分別用甲苯和乙醇洗滌多次，除去反應產物中未參加反應的物質，然后將產物分散在甲苯中，得到分散性良好的油溶性金屬硒化物納米晶的甲苯溶液；