[發(fā)明專利]一種類三明治結(jié)構(gòu)SnSe/r-GO復(fù)合物及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110353732.9
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113097485B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃劍鋒;王芳敏;李嘉胤;曹麗云;王璐杰;劉倩
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安眾和至成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強(qiáng)宏超

本發(fā)明公開了一種類三明治結(jié)構(gòu)SnSe/r?GO復(fù)合物及其制備方法和應(yīng)用，以乙二醇或甘油作為溶劑，無機(jī)錫鹽作為錫源，并結(jié)合還原劑，采用簡單的溶劑熱法制備出類三明治結(jié)構(gòu)的SnSe/r?GO復(fù)合物，r?GO為均勻分布的片狀結(jié)構(gòu)，尺寸較小的純相SnSe納米顆粒均勻分布在r?GO片，還原劑還原硒粉，提供Se^2?，還還原氧化石墨烯上的含氧官能團(tuán)，提高復(fù)合材料中石墨烯的導(dǎo)電性，能夠有效與Sn²⁺絡(luò)合，控制產(chǎn)物的尺寸，而納米化材料對于提升電化學(xué)性能更有效。本發(fā)明采用的制備方法簡單，重復(fù)性高，加入氧化石墨烯經(jīng)過水熱反應(yīng)后大大提高了SnSe基復(fù)合材料的導(dǎo)電性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，作為鈉離子電極材料具有較好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種類三明治結(jié)構(gòu)SnSe/r-GO復(fù)合物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源作為支撐整個人類社會文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會的不斷發(fā)展，能源消耗逐漸增大。現(xiàn)階段，人類主要的能源消耗來自于傳統(tǒng)能源，如煤、石油、天燃?xì)獾取鹘y(tǒng)能源的消耗不僅使其儲量日漸枯竭，且對環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，為了實現(xiàn)人與自然和諧相處，開發(fā)一種儲量高、能效高且污染較小的新型儲能材料是極為有必要的。改變現(xiàn)有不合理的能源結(jié)構(gòu)已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問題。據(jù)了解，物理類儲能與電化學(xué)類儲能作為當(dāng)今社會的主要儲能技術(shù)，在新型儲能材料方面有較大的研究潛力，與物理類儲能相比，電化學(xué)類儲能具有使用效率高、安全性好和應(yīng)用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今社會的主流能源發(fā)展方向。電化學(xué)儲能發(fā)展技術(shù)具有很久的發(fā)展淵源，目前廣泛應(yīng)用的電化學(xué)儲能主要包括超級電容器、一次電池和二次離子電池等，尤其是鋰離子電池和鈉離子電池的研究應(yīng)用潛力最大。二次電池例如鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池等是市面上應(yīng)用最早的電池，與一次電池相比，這類電池?zé)o記憶效應(yīng)，曾在市場中占有很大的份額，雖然這類電池?zé)o記憶效應(yīng)，但由于鉛和鎘屬于重金屬，嚴(yán)重污染環(huán)境，其回收是一個嚴(yán)重的問題。近年來，由于電動汽車、智能電網(wǎng)等的大力發(fā)展使得具有高能量密度的鋰離子電池成為研究的熱點(diǎn)，但同時，鋰資源儲量有限，這使與鋰位于同一主族的鈉成為最有可能替代鋰離子電池的二次電池，由于鈉資源地球儲量豐富，且成本低，大大降低了生產(chǎn)成本。然而，鈉離子電池存在一個阻礙其發(fā)展的問題，目前所報道的電極材料的能量密度低于同種電極材料的鋰離子電池，因此，開發(fā)具有高能量密度的鈉離子電池電極材料非常重要。

硒化亞錫具有資源豐富、環(huán)境友好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，并且具有較高的理論容量。但目前而言，硒化亞錫作為鈉離子電池負(fù)極材料的研究較少，原因主要在于其作為鈉離子電池負(fù)極材料的理論容量為780mAhg^-1，同其他合金類材料類似，其在充放電過程中也有較大的體積膨脹，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差。通過查閱文獻(xiàn)得知目前解決體積膨脹問題常用的解決方法一是合成以碳為基體的復(fù)合材料。該類復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極材料，使得納米顆粒附著在碳基底表面，進(jìn)而可以阻止納米顆粒的團(tuán)聚。二是構(gòu)建納米尺寸結(jié)構(gòu)。通過減小材料的顆粒尺寸來緩解其因體積膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力，提高電子傳輸能力，增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)電性，從而提升電池的電化學(xué)性能。

近年來，與碳材料復(fù)合制備電池負(fù)極材料的研究越來越多，例如：Zhian Zhang等以錫和硒粉作為原料，導(dǎo)電炭黑作為碳源，采用球磨的方法制備了硒化錫與碳的復(fù)合材料作為鋰/鈉離子電池負(fù)極，在一定程度上提升了復(fù)合材料的導(dǎo)電性；Long Zhang等通過球磨加電沉積的方法將使硒化錫納米顆粒生長在碳纖維的內(nèi)部，大大提高了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，緩解了充放電過程中的體積膨脹。然而相關(guān)技術(shù)的制備方法工藝較復(fù)雜，制備周期較長，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種類三明治結(jié)構(gòu)SnSe/r-GO復(fù)合物及其制備方法和應(yīng)用，采用簡單的溶劑熱法制備出了純相的類三明治狀SnSe/r-GO復(fù)合物，制備方法簡單，重復(fù)性高，制備的復(fù)合物中純相SnSe納米顆粒均勻分布在r-GO片與片夾層之間，純相SnSe納米顆粒的尺寸較小，作為鈉離子電池負(fù)極材料，有較好的鈉離子存儲性能。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種類三明治結(jié)構(gòu)SnSe/r-GO復(fù)合物的制備方法，包括以下步驟：