[發明專利]一種多孔碳負載硒化鈷鎳雙功能電極材料的制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110667248.3
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113436906A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 張俊豪;薛艷春;郭興梅
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發明公開了一種多孔碳負載硒化鈷鎳雙功能電極材料的制備方法與應用，以三維碳骨架為基底材料，將鈷鎳雙金屬鹽與碳骨架通過水熱反應，得到均勻生長的Ni?Co前驅體，經過退火工藝和進一步水熱硒化制備得到多孔碳負載硒化鈷鎳復合材料，可作為鈉離子電池和超級電容器用自支撐電極材料。本發明制備的電極材料形貌均一，避免了硒化鈷鎳團聚的問題，增加了氧化還原活性位點，提供了足夠的電子/離子傳輸通道，有效提高了鈉離子電池和超級電容器的電化學性能。該方法所用原料成分穩定，工藝操作簡單，反應時間短，重復性高，產物結構容易控制。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種多孔碳負載硒化鈷鎳雙功能電極材料的制備方法與應用。

背景技術

近年來，過渡金屬硫族化合物由于其理論容量大、價態多樣的特點，已成為鈉離子電池(SIBs)和超級電容器(SCs)中的石墨雙功能電極材料的可行替代品[EnergyStor.Mater.2020,31,252.；Chem.Eng.J.2019,370,1008.]。從理論上講，相較金屬氧化物和金屬硫化物，過渡金屬硒化物具有更高的離子擴散動力學(1×10^-5S?m^-1)和更高的電極電導率(1×10^-3S?m^-1)，這有利于在SIBs和SCs中穩定可靠地工作。此外，由于鈉的枝晶問題在低電壓范圍內不會發生，金屬硒化可以降低電池的潛在安全隱患。因此，這些都促使了對硒基雙功能電極材料的不斷探索和研究,例如CoSe₂[Adv.EnergyMater.2019,9,1901778.]、NiSe₂[Adv.EnergyMater.2019,9,1803035.]、NiCo₂Se₄[Adv.Funct.Mater.2019,29,1903842.]、Fe₂CoSe₄[Adv.Mater.2018,e1802745.]等。

與單金屬中心相比，雙金屬硒化物的研究相對較少，并日益受到人們的青睞。在雙金屬電活性中心共存的情況下，這些雙金屬硒化物具有較低的能帶能，本質上具有更好的導電性，更豐富的多電子氧化還原反應，以及更好的電化學活性。更值得注意的是，由于Ni、Co和Se的軌道重疊，它們之間的鎳鈷硒化物具有更穩定的共價相互作用。Co₂NiSe₄表現出較好的電化學活性，表現出良好的電化學性能。然而，相關的研究還相對較少，并且NiCo₂Se₄作為轉換型雙功能電極材料面臨著電導率低，離子/電子運輸動力學緩慢，循環穩定性低的問題，阻礙了實際應用[Chem.Eng.J.2019,364,320.]。

為了克服上述限制，構建有序納米陣列結構的活性物質在氮摻雜分級多孔碳上省略了繁瑣的電極制備過程，同時保證電解質離子的沾濕性，供應足夠的離子傳輸渠道，增加氧化還原位點的曝光，避免團聚[Small.2019,15,e1803895；EnergyStor.Mater.2020,31,252.]。根據以往的報道，構建一維納米結構陣列為電子/離子的傳輸提供了更有效的途徑。二維結構可以為離子提供方便的傳輸通道，從而具有高離子電導率，而且由于其超離子傳導特性而具有定向擴散特性，也可以降低離子在超快離子輸運過程中的遷移勢壘[Small.2019,15,e1901995.]。如果將一維結構或二維結構雙金屬硒化物與氮摻雜多孔碳合理組裝成三維納米結構可以有效地綜合了多組分效應和結構優勢的優點。例如，雙金屬硒化物和N摻雜可以提高電化學活性和電導率，多孔碳基底可以增加氧化還原活性中心的暴露，保證電解液和電極的充分接觸，為電子/離子提供充足的傳輸通道，并在充放電過程中穩定電極結構，防止金屬硒化物在轉化反應過程中因體積變化而造成的電極粉化的后果。