[發明專利]碳包覆硒化鈷鎳納米球材料及制備方法和鋁電池的應用

在審

• 申請號: 202210072788.1
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114430043A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 張建新;康榮開;周偉;杜逸群;張博雅;張冬梅;張文揚;金輝鑫
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明涉及碳包覆硒化鈷鎳納米球材料及制備方法和鋁電池的應用。由納米球組成，納米球包括碳保護層和碳保護層內部的硒化鈷鎳，碳保護層的材質為摻雜氟元素的碳材料，所述碳包覆硒化鈷鎳納米球材料中形成介孔的結構。制備方法，步驟為：1)乙二醇、鈷鹽、鎳鹽、乙酸銨混合，然后加入水合肼和二氧化硒反應后得到NiCoSe₂；2)NiCoSe₂加入到聚偏氟乙烯溶液中，然后將混合后的溶液烘干，烘干后在管式爐中反應得到碳包覆硒化鈷鎳納米球材料。具有高容量、長循環的優異電化學性能和更好的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于可充電鋁電池技術領域，具體涉及碳包覆硒化鈷鎳納米球材料及制備方法和鋁電池的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

鋰電池具有成本較高，不易獲取的缺點，鋁離子電池相比于鋰電池，具有原料豐富、來源廣泛、安全性高的優點，相比于鎳氫電池和鉛蓄電池具有環境污染小的優點，但是鋁離子電池的充放電過程中，由于鋁離子的電荷密度較高會受到強烈的靜電作用，容易導致電極結構的破壞，不利于鋁離子的擴散。對于結構比較穩定的碳質正極材料，雖然循環壽命較長，但是由于較低的容量限制了其發展。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供碳包覆硒化鈷鎳納米球材料及制備方法和鋁電池的應用。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：

第一方面，碳包覆硒化鈷鎳納米球材料，由納米球組成，納米球包括碳保護層和碳保護層內部的硒化鈷鎳(NiCoSe₂)，碳保護層的材質為摻雜氟元素的碳材料，所述碳包覆硒化鈷鎳納米球材料中形成介孔的結構。

本發明將硒化鈷鎳與摻氟碳復合(NiCoSe₂@C)，摻氟碳包覆硒化鈷鎳，純硒化鈷鎳具有比容量較高的優勢，且硒原子可以改善與客體離子的靜電相互作用，所以硒化鈷鎳具備作為鋁離子電池正極材料的潛質。在保證了硒化鈷鎳原有的高容量優勢的同時，又將具有穩定結構的碳層復合在硒化鈷鎳納米球表面，碳層的存在可以抑制活性材料與電解質之間的副反應，增強活性材料的穩定性，緩解了鋁離子嵌入/脫出過程中引起的內應力和體積膨脹，從而表現出高容量、長循環的優異電化學性能。

硒化鈷鎳具有雙金屬硒化物，相比于單金屬硒化物，具有不同金屬離子之間的協同作用和豐富的多電子反應，提供了更多的活性位點，改善了電化學性能。

所述碳包覆硒化鈷鎳納米球材料中形成介孔的結構，所述豐富的介孔結構有效增加了電極與電解質的接觸面積，縮短離子擴散距離，提升了電化學擴散能力。

本發明的硒化鈷鎳與摻氟碳復合結構解決了鋁離子電池中由于鋁離子的電荷密度較高會受到強烈的靜電作用，容易導致電極結構的破壞的問題，同時解決了鋁離子電池的比容量較低的問題。

第二方面，上述第一方面所述的碳包覆硒化鈷鎳納米球材料的制備方法，步驟為：

1)乙二醇、鈷鹽、鎳鹽混合，然后加入水合肼和二氧化硒反應后得到NiCoSe₂；

2)NiCoSe₂加入到聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中，然后將混合后的溶液烘干，烘干后在管式爐中反應得到碳包覆硒化鈷鎳納米球材料。

本發明中首先制備了雙金屬硒化物NiCoSe₂，然后雙金屬硒化物與聚偏氟乙烯在管式爐中進行包覆過程(聚偏氟乙烯在管式爐中反應形成摻氟碳)。