[發(fā)明專利]一種異原子摻雜碳包覆二維金屬硒化物納米片復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910819964.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN110504438B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂曉;劉代伙;白正宇;楊林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 周闖

本發(fā)明公開了一種異原子摻雜碳包覆二維金屬硒化物納米片復(fù)合材料的制備方法及其在低溫鈉離子電池中的應(yīng)用，以NiSe₂為例進(jìn)行說明，將β?Ni(OH)₂@PDA NSs中間產(chǎn)物在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，進(jìn)行熱處理得到NiO@N?C NSs。然后將NiO@N?C NSs與硒源混合，用真空固相法合成NiSe₂@N?C NSs。最后向得到的NiSe₂@N?C NSs中加入硫源和硼源，在乙醇中超聲分散均勻后水浴加熱回流得到NiSe₂@N，S，B?C NSs。該方法制得的氮、硫、硼共摻雜的碳包覆二維金屬硒化物納米片復(fù)合材料用作低溫鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的低溫儲(chǔ)鈉性能，因此在低溫鈉離子電池中具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池復(fù)合負(fù)極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種異原子摻雜碳包覆二維金屬硒化物納米片復(fù)合材料的制備方法及其在低溫鈉離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈉離子電池由于鈉資源豐富、安全性能好，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)吸引了人們的廣泛關(guān)注，同時(shí)由于鈉元素與鋰元素處于同一主族，物理化學(xué)性質(zhì)相似，且鈉離子電池與鋰離子電池有類似的充放電機(jī)理，因此鈉離子電池被認(rèn)為是發(fā)展新能源、實(shí)現(xiàn)規(guī)模化儲(chǔ)能極具潛力的二次電池。所以人們迫切希望用鈉離子電池代替或者部分代替鋰離子電池，將鈉離子電池應(yīng)用到極端環(huán)境，例如低溫環(huán)境，但是低溫環(huán)境會(huì)使電池的內(nèi)阻加大，放電電壓平臺(tái)降低，可充放電容量減少，電池的充放電效率明顯降低，且對(duì)電池本身有一定的損害。因此，尋找新型高性能低溫鈉離子電池負(fù)極材料變得非常迫切。在低溫鈉離子電池中，研發(fā)新型高性能的負(fù)極材料是提升鈉離子電池性能的有效策略。在金屬硒化物中基于多電子轉(zhuǎn)化機(jī)理的NiSe₂作為負(fù)極材料時(shí)具有更好的機(jī)械穩(wěn)定性、電極動(dòng)力學(xué)、熱穩(wěn)定性和更高的電導(dǎo)率，在二次電池領(lǐng)域吸引了研究者們對(duì)其儲(chǔ)能性質(zhì)探索的興趣。然而，由于NiSe₂在循環(huán)期間大的體積變化、緩慢的動(dòng)力學(xué)、差的倍率和循環(huán)性能，極大的阻礙了其優(yōu)異電化學(xué)性能的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種異原子摻雜的碳包覆二維金屬硒化物納米片(如NiSe₂@N,S,B-CNSs，N,S,B-C是氮、硫、硼共摻雜的碳，NSs是nanosheets的縮寫)復(fù)合材料的制備方法，該方法制得的氮、硫、硼共摻雜的碳包覆二維金屬硒化物納米片復(fù)合材料用作低溫鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的低溫儲(chǔ)鈉性能，因此在低溫鈉離子電池中具有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種異原子摻雜碳包覆二維金屬硒化物納米片復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體過程為：

步驟S1：將CTAB和鎳源加入到乙醇和水的混合溶液中，超聲攪拌以形成均勻溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到不銹鋼高壓釜中于150-200℃水熱反應(yīng)20-30h得到β-Ni(OH)₂NSs前驅(qū)體,其中鎳源為乙酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳或氫氧化鎳中的任意一種或其任意比例的混合物；

或者將乙酸乙酯加入KMnO₄水溶液中并放入圓底燒瓶中，在80-85℃水浴條件下回流，在完全排出粉紅色的KMnO₄后，通過分液漏斗分離得到棕色MnO₂NSs前驅(qū)體；

或者將SnCl₂`2H₂O、CTAB和六亞甲基四胺依次加入到乙醇和水的混合溶液中混合均勻并轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，將混合溶液在2min內(nèi)從室溫快速加熱至85-95℃，冷卻至室溫后通過離心分離法在120℃干燥，最后熱處理后即可得到SnO₂NSs前驅(qū)體；