[發(fā)明專利]一種復(fù)合氮摻雜蜂窩狀多孔碳FeSe2/C的制備方法及產(chǎn)品

在審

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• 申請日: 2019-08-25
• 公開（公告）號: CN110534740A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒洪波;李明華;梁倩倩;閔豪;周穎;孫婷婷;韓明雨;胡婷;張曉晴;王先友;羅夢雪
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
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• 代理人: 暫無信息

本申請涉及一種復(fù)合氮摻雜蜂窩狀多孔碳FeSe₂/C的制備方法及通過該方法制得的產(chǎn)品，采用固相法制備出直徑為20～100nm的FeSe₂納米粒子原位生長在蜂窩狀的碳負極材料上，形貌好，結(jié)晶度好，粒徑分布均勻，導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)能緩解體積膨脹，提供良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大大提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性，而被碳包裹的FeSe₂粒子能提升電池的放電比容量，兩者復(fù)合之后得到性能優(yōu)異的鉀離子電池負極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于鉀離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種復(fù)合氮摻雜蜂窩狀多孔碳FeSe₂/C的制備方法。

背景技術(shù)

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著人類的發(fā)展和工業(yè)化進程的推進，能源消費急劇增長，與人類休戚相關(guān)的化石能源日益減少，隨之而來的環(huán)境污染日益嚴重，威脅著人類的可持續(xù)發(fā)展。因此，尋找如風能、太陽能、核能等新型替代能源逐漸被人們所關(guān)注。由于這些能源作用過于分散、不連續(xù)，使得開發(fā)與這些能源相配套的能源存儲與轉(zhuǎn)換器件及其相關(guān)材料成為當務(wù)之急。為了滿足世界范圍內(nèi)對能源轉(zhuǎn)化和儲備日益增長的需求，人們對綠色二次電池越來越重視。而在眾多的二次電池體系中，鋰離子電池因工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電率低、綠色環(huán)保等眾多優(yōu)點，得到了快速的發(fā)展。但是鋰資源分布不均，價格昂貴限制了其發(fā)展，鉀的價格較鋰低廉很多，鉀與鋰處于同一主族，核外電子排布類似，因此化學和物理性質(zhì)相似，除此之外，鉀金屬儲量更加豐富，資源廣泛，綜合以上因素，關(guān)于鉀離子電池的研究越來越熱門。然而，在鉀離子電池中，鉀離子的半徑遠遠大于鋰離子半徑因而鉀離子在材料中嵌入脫出會引起較大的體積膨脹，使材料結(jié)構(gòu)坍塌混化導(dǎo)致電池性能較差，因此我們設(shè)計新的電池材料改善電池的電化學性能。

鉀離子電池主要由正負極材料、電解液、隔膜等組成，其中負極材料占據(jù)著最重要的地位，是核心關(guān)鍵材料，直接影響電池的容量、壽命、成本、安全性等重要性能。因此，開發(fā)高性能負極材料對鉀離子電池及相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展具有重要意義。目前研究較多的主要是石墨與多孔碳材料，過渡金屬氧化物，硫化物，磷化物和硒化物等等。碳材料的循環(huán)穩(wěn)定性較好，但是容量較低，金屬化合物能提高其容量，但是純的金屬化合物循環(huán)穩(wěn)定性較差。FeSe₂具有高的理論比容量、安全性高、無污染等優(yōu)點，在鋰離子電池與鈉離子電池方面已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但其也存在著導(dǎo)電性差、離子擴散速度慢、材料易粉化等缺點，阻礙了材料的進一步發(fā)展。

近來轉(zhuǎn)化反應(yīng)基負極材料的問世，因其具有安全性好、循環(huán)更穩(wěn)定等優(yōu)點而成為鉀離子電池負極材料的研究熱點，其中FeSe₂具有高的理論比容量，原料價格低廉，原材料豐富，環(huán)境友好，安全可靠等優(yōu)點。FeSe₂作為負極材料被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池，但是其在鉀離子電池制備目前仍是難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，從而提供一種復(fù)合氮摻雜蜂窩狀多孔碳FeSe₂/C的制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種復(fù)合氮摻雜蜂窩狀多孔碳FeSe₂/C的制備方法，包括以下步驟：

S1：將碳源、鐵鹽加入到溶劑中配置成溶液，攪拌均勻，其中鐵離子濃度為0.1～1mol/L；

S2：對步驟S1所得溶液在60～90℃下進行加熱，取溶劑揮發(fā)后生成得固體；

S3：將步驟S2所得固體進行干燥；

S4：將步驟S3干燥后的固體置于保護氣氛中于300～400℃下進行預(yù)燒1～4h，再置于600～750℃下燒結(jié)3～8h，得到碳包覆的Fe3C黑色粉末；

S5：將步驟S4所得Fe₃C黑色粉末與硒源研磨均勻，在保護氣氛下于300～750℃下進行煅燒，得到復(fù)合氮摻雜蜂窩狀多孔碳FeSe2/C材料；