[發明專利]一種二碲化鈷/碳納米纖維材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110069619.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112886007B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張偉;王學文;吳家偉;吳英濤;李羿樂;梁志信;黃少銘
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;C01B19/00;C01B32/15;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 許慶勝

本申請屬于電池儲能技術領域。本申請提供了一種二碲化鈷/碳納米纖維材料及其制備方法和應用。二碲化鈷/碳納米纖維材料具有三維連通結構，碳納米纖維具有一維多通道結構，二碲化鈷粒子包覆于一維多通道中。二碲化鈷化合物表現更低的電負性和更高的電導性，且體積膨脹小。同時，二碲化鈷粒子包覆于一維多通道中，并由一維多通道纖維組成三維連通結構，比表面積高，可極大地提高電子和離子的傳輸效率，增加電池整體的能量密度，表現出高比容量，優異的倍率性能和長循環壽命，從而能最大限度的發揮二碲化鈷作為鈉離子電極材料的優勢。本申請的二碲化鈷/碳納米纖維材料還表現為柔性自支撐結構，可用于鈉離子電池自支撐電極，對于柔性可穿戴設備和大規模儲能的研究具有重要意義。

技術領域

本申請屬于電池儲能技術領域，尤其涉及一種二碲化鈷/碳納米纖維材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池因其具有高能量密度，良好的循環性能和環境友好等優點而被廣泛應用于便攜式電子產品和新能源電動汽車等領域。但受限于鋰資源在地殼中含量稀少和分布不均勻等特點，致使金屬鋰鹽價格比較昂貴，不適合用于大規模儲能系統。相比于鋰離子電池，鈉資源自然儲量豐富，提取成本相對較低，因而在大規模儲能方面具有廣闊的應用前景。

負極材料作為電池的重要組成部分，是實現高能量密度鈉離子電池的關鍵因素之一。過渡金屬硫族化合物(金屬硫化物、金屬硒化物和金屬碲化物)因具有較高理論容量被認為是一類非常具有應用潛力的鈉離子電池負極材料。然而，這類材料仍存在導電性差、循環穩定性差的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本申請提供了一種二碲化鈷/碳納米纖維材料及其制備方法和應用，表現出高比容量，優異的倍率性能和長循環壽命。

本申請的具體技術方案如下：

本申請提供一種二碲化鈷/碳納米纖維材料，具有三維連通結構；

所述碳納米纖維具有一維多通道結構，二碲化鈷粒子包覆于所述一維多通道中。

本申請中，二碲化鈷化合物基于擴散動力的原理，表現更低的電負性和更高的電導性，在循環性能和倍率性能上有著顯著的優勢；二碲化鈷化合物參與電化學反應為轉化反應，體積膨脹小。同時，二碲化鈷粒子包覆于一維多通道中，并由一維多通道纖維組成三維連通結構，比表面積高，可極大地提高電子和離子的傳輸效率，增加電池整體的能量密度，表現出高比容量，優異的倍率性能和長循環壽命，從而能最大限度的發揮二碲化鈷作為鈉離子電極材料的優勢。本申請的二碲化鈷/碳納米纖維材料還表現為柔性自支撐結構，可用于鈉離子電池自支撐電極，對于柔性可穿戴設備和大規模儲能的研究具有重要意義。

優選的，所述通道的直徑為100～300nm。

本申請還提供所述二碲化鈷/碳納米纖維材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將鈷鹽溶于有機溶劑中，加入高分子材料加熱攪拌，得到紡絲溶液；

S2：將紡絲溶液進行靜電紡絲、干燥，得到前驅體；

S3：將前驅體加入碲粉進行熱處理，得到所述二碲化鈷/碳納米纖維復合材料。

本申請中，高分子材料作為碳源，與鈷鹽制備紡絲溶液，在靜電紡絲中由于高壓電場作用，不同分子量的高分子材料發生分層現象，進而在熱處理過程中，高分子材料充當模板產生不同的體積變化，形成了直徑大小均一的多通道結構，并將二碲化鈷包覆在其中。本申請的制備方法相比水熱法、溶劑熱法或球磨法制得的材料具有表面積高、孔徑可控的優點，且制備工藝簡單、重復性好、對環境友好。

優選的，所述鈷源選自硝酸鈷、硫酸鈷、醋酸鈷、氯化鈷、氟化鈷和溴化鈷中的一種或多種；

所述高分子材料選自聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的任意兩種；

所述有機溶劑選自甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺或乙腈。