[發明專利]硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料及制備與應用

有效

• 申請號: 202010344899.4
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111554896B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 李蘭杰;趙家昌;朱亞琴;徐菁利
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料及制備與應用，所述制備方法具體包括以下步驟：(a)取鈷源、鎳源和十六烷基三甲基溴化銨加入到2?甲基咪唑水溶液中，攪拌形成混合溶液，后靜置并分離，得到沉淀物，再經洗滌、干燥，得到NiCo?ZIF?67；(b)采用硒單質硒化步驟(a)得到的NiCo?ZIF?67，后洗滌并干燥，得到所述的硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料。將硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料制作成鈉離子電池負極片，再與金屬鈉片和電解液組裝成鈉離子電池。與現有技術相比，本發明的納米復合負極材料改善了電池的電化學性能，具有優良的電化學儲鈉性能，是良好的鈉離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體涉及一種硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料及制備與應用。

背景技術

鋰離子電池作為電氣設備中重要的儲能裝置已經引起了研究人員的興趣，然而，由于鋰的資源有限，迫切需要找到鋰離子電池的替代品。由于鈉和鋰均屬于同一主族，具有相似的物理和化學性質，且鈉儲量大，價格遠低于鋰，因此鈉離子電池近年來得到了廣泛的研究。

鈉離子電池的性質主要取決于電極材料，受較大半徑的鈉離子(102pm)的限制，傳統的電極材料的動力學特性較不理想，因此為了使鈉離子電池具有實際應用價值必須改進動力學。其中，探索合適的電極材料是一個重要的方向，轉化反應材料因其具有比容量大的優勢而成為研究熱點。轉化反應材料包括氧化物材料、硫化物材料、硒化物材料和磷化物材料等。在各種候選材料中，具有高電化學容量以及與金屬硫化物類似性質的金屬硒化物成為鈉離子電池負極材料的優選材料。金屬硒化物具有較高的電導率和密度，因此與金屬氧化物和硫化物相比，具有更高的體積比容量和更好的倍率性能。特別地，雙金屬硒化物與單金屬硒化物相比，具有更豐富的電化學氧化還原反應和更好的電化學活性。然而，雙金屬硒化物體積變化很大導致的差循環壽命阻礙了其實際應用。

專利CN110252369A公開了一種富含硒空位的硒化鈷鎳氮摻雜碳納米纖維復合材料及其制備方法與應用，其制備方法包括：將通過靜電紡絲得到的聚丙烯腈納米纖維膜預氧化和高溫碳化得到氮摻雜碳納米纖維材料；此為載體，進行原位生長Ni-Co前驅體納米線；采用退火工藝得氧化鈷鎳氮摻雜碳納米纖維復合材料，通過進一步的硒化和退火處理的得到富含硒空位的硒化鈷鎳氮摻雜碳納米纖維復合材料。專利CN110252369A中的硒化鈷鎳氮摻雜碳納米纖維復合材料中氮摻雜碳只是在納米纖維膜上原位生長得到氮摻雜碳納米纖維材料，后以氮摻雜碳納米纖維材料為載體，原位生長Ni-Co前驅體納米線，合成硒化鈷鎳氮摻雜碳納米纖維復合材料，氮摻雜碳和硒化鈷鎳兩種組分分布不均勻。

專利CN105609322B公開了一種硒化鈷/氮摻雜碳復合材料及其制備方法和應用。所述的硒化鈷/氮摻雜碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：1)將鈷鹽和2-甲基咪唑加入到溶劑中，反應生成有機金屬骨架化合物；2)將步驟1)得到的產物與硒粉均勻混合，得到二者的混合物；3)將步驟2)得到的混合物在保護氣氛下煅燒，得到一硒化鈷或二硒化鈷/氮摻雜碳復合材料。其中，步驟1)鈷鹽和2-甲基咪唑的摩爾比為1/6-1/3；反應方式為靜置沉淀；步驟1)得到的產物與硒粉的質量比為0.5-3。專利CN105609322B中的中間產物直接硒化后并未進行洗滌干燥，得到的最終產物中雜質較多，這些雜質會大大降低材料的儲鈉性能。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料及制備與應用，納米復合負極材料改善了電池的電化學性能，具有優良的電化學儲鈉性能，是良好的鈉離子電池負極材料。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種硒化鈷鎳氮摻雜無定形碳納米復合負極材料的制備方法，所述制備方法具體包括以下步驟：

(a)取鈷源、鎳源和十六烷基三甲基溴化銨加入到2-甲基咪唑水溶液中，攪拌形成混合溶液，后靜置得到懸濁液并分離，得到沉淀物，再經洗滌、干燥，得到NiCo-ZIF-67；