[發明專利]碳布負載碳包覆的硒化鈷納米片電池負極材料及其制備

有效

• 申請號: 202010899382.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112018361B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 王帥;吳竹;池凱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于電池技術領域，公開了一種碳布負載碳包覆的硒化鈷納米片電池負極材料及其制備，其中，碳布負載碳包覆的硒化鈷納米片電池負極材料包括碳布和位于該碳布上的由垂直二維納米片作為構筑單元彼此交錯并相連所構成的三維陣列，二維納米片為氮摻雜碳鑲嵌CoSe₂顆粒，CoSe₂顆粒周圍被結晶碳所包覆；二維納米片厚度為100?200nm。本發明通過對負極材料的細節組成及結構，相應制備方法的整體流程設計、以及關鍵工藝的參數條件設置(如原料的選取、電沉積參數等)進行改進，與現有技術相比，得到的負極材料具有較高的比容量，優異的循環性能和倍率性能，且可以同時應用到鋰離子電池和鈉離子電池中。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，更具體地，涉及一種碳布負載碳包覆的硒化鈷納米片電池負極材料及其制備，該負極材料適用于鋰離子電池和鈉離子電池。

背景技術

近年來，鋰離子電池發展很快，已經廣泛用于手機、數碼相機、筆記本電腦、攝像機等便攜式電子設備和航天、航空和航海領域，并開始應用到電動汽車領域。鈉離子電池主要應用于大型儲能。兩種電池各具優點，鋰離子電池充放電效率高，能量密度高，鈉離子電池資源豐富，成本低廉。

負極材料是影響鋰離子電池和鈉離子性能的關鍵材料之一。石墨是目前商業上用途最廣的鋰離子電池負極材料，但是其理論容量較低，循環穩定性差、高倍率充放電易引起容量降低，已經無法滿足日益發展的便攜電子設備，儲能器件和電動汽車等對于能量密度、高倍率充放電性能的要求。而且石墨由于層間距小而不能直接應用于鈉離子電池的負極。因此，開發新的負極材料來替代石墨負極十分迫切。

有鑒于此，本發明旨在提供一種電池負極材料及其制備方法。該負極材料是一種碳包覆的CoSe₂納米片垂直分布在碳布表面構成的三維陣列結構，該負極材料可以同時應用到鋰離子電池和鈉離子電池中，而且還具有較高的比容量，優異的循環性能和倍率性能。

分析現有CoSe₂納米片與碳材料的復合材料，不難發現：在制備方法方面多采用水熱法制備，該法會有大量溶劑浪費，對環境不友好；在結構穩定性方面，往往沒有直接解決充放電過程中結構保持的問題，因此比容量沒有特別大的提升；在應用方面，僅僅是適用于單一的可充放電電池，例如僅適用于鈉離子電池或者僅適用于鋰離子電池。本發明所提出的制備方法環境友好，浪費少，而且所設計的限域結構能夠直接解決材料穩定性問題，進而提升充放電性能，同時能夠運用在鋰離子電池與鈉離子電池上。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種碳布負載碳包覆的硒化鈷納米片電池負極材料及其制備，其中通過對負極材料的細節組成及結構，相應制備方法的整體流程設計、以及關鍵工藝的參數條件設置(如原料的選取、電沉積參數等)進行改進，與現有技術相比，得到的負極材料具有較高的比容量，優異的循環性能和倍率性能，且可以同時應用到鋰離子電池和鈉離子電池中。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種碳布負載碳包覆的硒化鈷納米片電池負極材料，其特征在于，包括碳布和位于該碳布上的由垂直二維納米片作為構筑單元彼此交錯并相連所構成的三維陣列，其中，所述二維納米片由氮摻雜結晶碳包覆CoSe₂顆粒組成，所述二維納米片厚度為100-200nm。

作為本發明的進一步優選，所述碳布的厚度為0.2-0.4mm。

按照本發明的另一方面，本發明提供了上述電池負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將碳布浸泡在過氧化氫與無水乙醇的混合溶液中，取出后將碳布烘干，接著用去離子水清洗后再次烘干，得到第一碳布；所述混合溶液是將3wt％-50wt％的過氧化氫溶液與無水乙醇混合形成的；

(2)將所述第一碳布浸泡在鈷鹽溶液中進行電沉積，接著用去離子水清洗后再次烘干，得到第二碳布；所述鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷或氯化鈷，優選為硝酸鈷；