一种硒化锡-掺硒聚丙烯腈复合物钾离子电池负极材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种硒化锡

【技术实现步骤摘要】
一种硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物钾离子电池负极材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钾离子电池材料领域，尤其涉及一种硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物钾离子电池负极材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于其丰富的天然钾资源、钾离子在有机电解质中的快速离子传输、标准氧化还原电位较低、具有更宽的电位窗口和更高的能量密度，钾离子电池作为未来大规模应用的实用储能系统备受广泛研究。基于
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钾离子电池的潜在优势，研究者们致力于开发新型高容量电极材料，以促进钾离子电池的实际应用。
[0003]锡基负极材料，特别是那些锡氧化物(SnO2)、锡硫化物(SnS、SnS2)以及锡硒化物(SnSe、SnSe2)因其组成物质的天然丰富度、环境友好以及无毒性，引起一波研究热潮。其中，SnSe2合金具有丰富的锡和硒元素、带隙窄、较高的理论容量等特点，其二维层状结构可提供方便的电荷转移路径和储存位点。但不可避免的是，SnSe2同样存在电导率低、可逆性差、体积膨胀大等缺点，显著影响其可逆比容量和循环稳定性，从而限制了其实际应用。然而，现有的关于锡硒化物储钾的相关文献报道罕见。
[0004]为了克服上述问题，本专利技术引入了具有良好三维网状结构的SePAN作为载体。根据文献报道，利用SePAN可制备出高导电性、高表面积和不同结构的复合材料；此外，SePAN其出色的延展性可以潜在地用于抑制电极在充放电过程中的体积变化。值得一提的是，将SePAN用于钾离子电池负极材料的文献和专利未见报道。
[0005]因此，本专利技术利用静电纺丝工艺将SnSe2均匀封装在SePAN纤维中，结合一步煅烧制得硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合材料，并作为钾离子电池负极材料。结果表明，将SnSe2均匀封装在SePAN纤维中不仅可以提供更多的储存位点以及缩短离子和电子的扩散路径，以确保快速动力学；还可防止中间产物多硒化物等生成及溶解，极大地提高了钾离子电池的容量和速率性能。此外，本专利技术实验流程简便，设备易得，环境友好，符合环境要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术先将无水二氯化锡、聚丙烯腈和N
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N二甲基甲酰胺共混制得静电纺丝溶液，后经电纺及煅烧硒化制得硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合材料。本专利技术的目的在于提供一种硒化锡
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掺硒聚丙烯腈钾离子电池负极材料及其制备方法，工艺简单、设备易得、成本低廉、符合环境要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：（1）纺丝溶液的配制称取一定质量的锡源(0.7
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60 g)和聚丙烯腈(0.5
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60 g)溶解于N
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N二甲基甲酰胺(10
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100 mL)中，磁力搅拌一定时间(12
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24 h)，获得均匀的纺丝溶液，备用；
（2）静电纺丝取上述（1）中制得的纺丝溶液于注射器中，设置纺丝电压20
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25 kV、推流速率0.1
‑
10 mL/h、接收距离10
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20 cm、温度40
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90 o
C，通过静电纺丝制得PAN/SnCl2复合纤维；（3）制备硒化锡
‑
掺硒聚丙烯腈复合材料将上述（2）中制得的PAN/SnCl2复合纤维和一定量硒粉放置于管式炉中，在Ar气氛下，以50
‑
100 mL/min 的气体流量，2
‑
10 oC /min速率升温于400
‑
700 o
C煅烧时间1
‑
2 h，得到硒化锡
‑
掺硒聚丙烯腈复合材料；（4）将硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合材料作为钾离子电池负极，与导电剂超级P碳、粘结剂 CMC按照8:1:1的质量比混合研磨后均匀后涂覆在铜箔上作为工作电极，金属钾片为对电极，7 M KFSI in DME=100%为电解液组装成纽扣式2025型电池。
[0008]上述步骤（1）中所述的锡源可为系列含锡盐，包括并不局限于无水二氯化锡、硫酸亚锡等；所述的锡源与聚丙烯腈的质量比为1：0.5
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5，N
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N二甲基甲酰胺为10
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100 mL，所述的搅拌时间为12
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24 h。
[0009]上述步骤（2）中所述的电纺条件为电压20
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25 kV、推流速率0.1
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10 mL/h、接收距离10
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20 cm、温度40
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90 o
C。
[0010]上述步骤（3）中所述的PAN/SnCl2复合纤维与硒粉的质量分数比为1 : 2，煅烧条件为气体流量50
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100 mL/min，2
‑
10 oC /min速率升温于400
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700 o
C煅烧1
‑
2 h。
[0011]本专利技术具有以下几点显著的优点：（1）SnSe2具有丰富的锡和硒元素、带隙窄、较高的理论容量等特点，其二维层状结构可提供方便的电荷转移路径和储存位点。
[0012]（2）SePAN其出色的延展性可以潜在地用于抑制电极在充放电过程中的体积变化；将SnSe2均匀封装在SePAN纤维中不仅可以提供更多的储存位点以及缩短离子和电子的扩散路径，以确保快速动力学；还可防止中间产物多硒化物等生成及溶解，极大地提高了钾离子电池的容量和速率性能。
[0013]（3）本专利技术制备的负极材料经电纺及硒化即可获得，流程简便，设备易得，环境友好，符合环境要求。
[0014]（4）作为钾离子电池负极材料，长循环性能稳定。在0.01
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3V电压范围内，在0.5 A/g电流密度下充放电循环超过1000圈，比容量稳定在397 mAh/g；在1 A/g电流密度下充放电循环2500圈后比容量仍能稳定在301 mAh/g。
附图说明
[0015]图1是实施例1所得的硒化锡
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掺硫聚丙烯腈复合物的XRD图。
[0016]图2是实施例1所得的硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物的SEM/TEM/Mapping图。
[0017]图3是实施例1所得的硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物的Raman图。
[0018]图4是实施例1所得的硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物的FTIR图。
[0019]图5是实施例1所得的硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物作为钾离子电池负极材料时，在0.5 A/g电流密度下的循环性能曲线图。
[0020]图6是实施例1所得的硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物作为钾离子电池负极材料时，在0.5 A/g电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合物钾离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）纺丝溶液的配制称取0.7
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60 g的锡源和0.5
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60 g的聚丙烯腈溶解于10
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100 mL的N
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N二甲基甲酰胺中，磁力搅拌一定时间，获得均匀的纺丝溶液，备用；（2）静电纺丝取步骤（1）中制得的纺丝溶液于注射器中，设置纺丝电压20
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25 kV、推流速率0.1
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10 mL/h、接收距离10
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20 cm、温度40
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90 o
C，通过静电纺丝制得PAN/SnCl2复合纤维；（3）制备硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合材料将步骤（2）中制得的PAN/SnCl2复合纤维和一定量硒粉放置于管式炉中，在Ar气氛下，以50
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100 mL/min 的气体流量，2
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10 oC /min速率升温于400
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700 o
C煅烧时间1
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2 h，得到硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合材料；（4）将硒化锡
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掺硒聚丙烯腈复合材料作为钾离子电池负极，与导电剂超级P碳、粘结剂 CMC按照8:1:1的质量比混合研磨后均匀后涂覆在铜箔上作为工作电极，金属钾片为对电极，7 M KFSI in DME=100wt%为电解液组装成纽扣式2025型电池。2.根据权利要求1所述的一种硒化...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾令兴，汪依依，郑金高，陈潇川，陈庆华，钱庆荣，黄宝铨，肖荔人，孙晓丽，曹长林，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：