[發明專利]多孔硒化鐵碳包覆復合材料及其在鉀離子電池中的應用

有效

• 申請號: 202110285441.0
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113511635B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉伶俐;孟祥賀;胡磊;余磊
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;C01B32/05;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 張加寬

本發明公開了一種多孔硒化鐵碳包覆復合材料及其在鉀離子電池中的應用，涉及電池電極材料技術領域，本發明所述多孔硒化鐵碳包覆復合材料由MIL?100(Fe)前驅體與硒粉發生的高溫反應形成，并將該復合材料作為鉀離子電池電極材料進行應用，其獨特的碳包覆結構和介孔孔道有利于提高鉀離子電池的循環性能和倍率性能，使用該復合材料制備的鉀離子電池可以有效地解決了鉀離子反應動力學較慢、電極材料體積膨脹的問題。

技術領域：

本發明涉及電池電極材料技術領域，具體涉及一種多孔硒化鐵碳包覆復合材料及其在鉀離子電池中的應用。

背景技術：

在過去二十年的時間里，由于鋰電池的能量密度高、循環性能好、綠色無污染等優點而廣泛地使用在人們的日常生活中：手機、電腦、電動汽車等等。但是鋰金屬作為稀缺金屬，隨著鋰電池需求的大量增加，鋰資源被快速消耗。而且，鋰電池的能量密度漸漸不能滿足電動汽車和大規模儲能電網的要求。因此，在當前形勢下，由于鉀金屬相對鋰來說，資源更加豐富、成本低廉，鉀離子電池作為下一個有機會市場化的儲能電池應運而生。而制約鉀離子電池性能的關鍵因素就是其負極電極材料，找到一種循環穩定性好、能量密度高的負極材料是刻不容緩的。

硒化鐵作為一種導電性好、理論容量高的材料，非常適合用碳包覆對其結構進行優化。因此，用碳包覆硒化鐵增加其多孔孔道，縮短鉀離子的傳輸路徑，提高離子傳輸速率，提高鉀離子電池的電化學性能。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題在于提供一種多孔硒化鐵碳包覆復合材料，將制得的多孔硒化鐵碳包覆復合材料作為鉀離子電池電極材料應用時可以顯著改善鉀離子電池的循環性能，具有優異的循環穩定性。

本發明的一個目的是提供一種多孔硒化鐵碳包覆復合材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)將九水合硝酸鐵和苯三甲酸分別溶于去離子水，混合后再加入氫氟酸，攪拌，然后轉移至反應釜中并密封；

(2)在一定的升溫速率下，將反應釜內的混合物加熱至預先設定的溫度進行保溫反應；

(3)待反應結束后將反應液離心，洗滌，烘干，得到MIL-100(Fe)前驅體；

(4)將MIL-100(Fe)前驅體與硒粉混合，用球磨機進行球磨，所得混合物轉移到管式爐中；

(5)在惰性氣體保護下，將混合物按一定的升溫速率進行加熱并保溫反應，反應結束后冷卻，取出，得到多孔硒化鐵碳包覆復合材料。

所述步驟(1)中九水合硝酸鐵、苯三甲酸的質量比為2:(0.5～2)，氫氟酸的用量為每克九水合硝酸鐵使用氫氟酸1-5mL，攪拌時間為10～300min。

所述步驟(2)中升溫速率為0.1～20℃/min，預先設定的溫度為100～200℃，保溫時間為8～12h。

所述步驟(4)中MIL-100(Fe)前驅體與硒粉的重量比為1:(0.25～5)，球磨機的轉速為10～500r/min，球磨時間為1～4h。

所述步驟(5)中升溫速率為0.1～20℃/min，加熱溫度為200～800℃，保溫時間為5～12h。

所述步驟(5)中惰性氣氛為不會與硒化鐵、MIL-100(Fe)前驅體反應的氣體，如氬氣、氦氣、氦氣/氬氣混合氣體等。

所述步驟(1)-(5)中反應釜材質為不與硝酸鐵、MIL-100(Fe)前驅體、硒化鐵、硒粉及碳發生反應的材質，如聚四氟乙烯等。

本發明的另一個目的是提供上述多孔硒化鐵碳包覆復合材料在鉀離子電池電極材料中的應用。