本发明专利技术公开了一种纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料及其制备方法和在制备锂离子电池负极中的应用。在所述纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料中，碳呈立体蜂窝孔结构，硒化钴CoSe以纳米颗粒的形式，紧密、均匀地生长于蜂窝碳的蜂窝孔内表面上。制备方法：首先合成PS小球，然后将PS小球与溶解了Co(NO)2和PVP的溶液缓慢蒸发干燥，接着在保护气氛下煅烧，最后通过气相法硒化，即可获得纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料。本发明专利技术可显著提高硒化钴的比容量，循环性能和倍率性能。环性能和倍率性能。环性能和倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料及其制备和应用
[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种纳米硒化钴(CoSe)@立体蜂窝碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]锂离子电池由于工作电压高、能量效率高、循环寿命长以及清洁环保的特性而受到广泛关注，是目前市场上使用最广泛的一类储能装置。
[0003]金属硒化物作为一种新型的锂离子电池负极材料，具有高的理论容量、低的电位平台、相对较高的电化学活性等优点。
[0004]和金属硫化物相比，金属硒化物具有更高的电子电导率。
[0005]在金属硒化物中，CoSe也具有高容量和高电导率的优点。不过，锂离子脱嵌CoSe会引发严重的体积膨胀和收缩，导致材料结构崩塌，逐渐粉化，使得锂离子电池的循环性能和倍率性能变差。
[0006]因此，制备循环性能稳定，可逆容量高的CoSe是现今面临的一个重要技术难题。
[0007]为了提高CoSe的锂离子电池性能，人们进行了一些探索。
[0008]公开号为CN114229805A的专利技术专利申请报道了一种氮掺杂多孔碳包覆的二硒化钴复合材料，公开号为CN113666344A的专利技术专利申请报道了一种过渡金属硒化物
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碳复合材料，公开号为CN109768241A的专利技术专利申请报道了一种二硒化钴/碳纳米材料，公开号为CN114927661A的专利技术专利申请报道了一种分级空心超结构的硒化钴鸟窝形复合材料。
[0009]总的来讲，目前对CoSe的探索还很少，相关学术论文和专利技术都不多，对CoSe纳米结构及复合结构缺乏深刻认识和创新设计，因此本领域进展还很有限。
技术实现思路
[0010]针对本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，具有结构独特、性能优异、合成工艺简单的特点。
[0011]一种纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，在所述纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料中，碳呈立体蜂窝孔结构，硒化钴CoSe以纳米颗粒的形式，紧密、均匀地生长于蜂窝碳的蜂窝孔内表面上。
[0012]在一优选例中，所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，硒化钴纳米颗粒的粒径为3
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100nm。
[0013]在一优选例中，所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，所述蜂窝碳是非晶态材料，由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分解产生，蜂窝孔直径为50
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1000nm。
[0014]在一优选例中，在所述纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料中，硒化钴的质量百分比为40％
‑
90％，其余为碳。
[0015]本专利技术还提供了所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料的制备方法，包括步骤：
[0016](1)氮气除氧和保护下，将去离子水加热至60℃，加入油酸和苯乙烯，然后加热至
70℃，加入K2S2O8水溶液，引发聚合反应，持续搅拌5
‑
35h，再加热至80℃保温30min，冷却得到单分散的PS球乳液；
[0017](2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到步骤(1)得到的PS球乳液中，搅拌加热到50℃，保温30min，然后加入Co(NO3)2·
6H2O，搅拌5h，得到的混合溶液在60℃下干燥成前驱体Co(NO3)2@PVP@PS球；
[0018](3)将步骤(2)得到的前驱体Co(NO3)2@PVP@PS球在Ar气氛下，加热到470
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490℃，保温3h，得到纳米Co3O4@立体蜂窝碳复合材料；
[0019](4)将步骤(3)得到的纳米Co3O4@立体蜂窝碳复合材料和硒粉混合，装入石英管进行真空封管，然后将所述石英管加热到580
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620℃，保温30h，冷却到室温，所得产物再次置于石英管式炉内，在氩气保护下，加热到500℃，保温0.5h，冷却到室温，即获得纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料。
[0020]本专利技术制备方法首先合成PS小球，然后将PS小球与溶解了Co(NO3)2和PVP的溶液缓慢蒸发干燥，接着在保护气氛下煅烧，合成纳米Co3O4@立体蜂窝碳复合材料，最后通过气相法硒化，即可获得纳米CoSe@立体蜂窝碳复合材料，其中步骤(4)第二次加热(即500℃保温0.5h)的主要目的是去除多余的硒，避免对纳米CoSe@立体蜂窝碳复合材料的影响。本专利技术可提高CoSe的比容量、循环性能和倍率性能。
[0021]在一优选例中，步骤(1)中：
[0022]去离子水、油酸、苯乙烯、K2S2O8水溶液的用量比为280mL:200μL:2
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50mL:10mL；
[0023]K2S2O8水溶液的浓度为20mg/mL。
[0024]在一优选例中，步骤(2)中：
[0025]聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量(MW)为58000；
[0026]聚乙烯吡咯烷酮、PS球乳液、Co(NO3)2·
6H2O的用量比为0.15g:60mL:0.1
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0.6g。
[0027]在一优选例中，步骤(4)中，纳米Co3O4@立体蜂窝碳复合材料和硒粉的质量比为3:1。
[0028]一种所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料的优选制备方法，包括步骤：
[0029](1)在500mL容积的三颈烧瓶中加入280mL去离子水，插入温度计，氮气进气管和回流管。把溶液加热至60℃，加入200μL油酸和2
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50mL苯乙烯。溶液鼓氮气除氧1h，然后把溶液加热至70℃。加入10mL溶解了200mg K2S2O8的水溶液，引发聚合反应。溶液持续搅拌5
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35h，然后再加热至80℃保温30min，最后冷却至室温，得到单分散的聚苯乙烯(PS)球乳液。
[0030](2)将0.15g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，MW58000)加入60mL PS球乳液中，搅拌加热到50℃，保温30min，然后加入0.1
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0.6g Co(NO3)2·
6H2O，搅拌5h，得到的混合溶液在60℃下干燥成前驱体Co(NO3)2@PVP@PS球。
[0031](3)将200mg前驱体在Ar气氛下，加热到470
‑
490℃，保温3h，得到纳米Co3O4@立体蜂窝碳复合材料。
[0032](4)将90mg纳米Co3O4@立体蜂窝碳复合材料和30mg硒粉混合，装入石英管进行真空封管，然后将石英管放入马弗炉，加热到580
‑
620℃，保温30h，冷却到室温。将产物再次置于石英管式炉内，在氩气保护下，加热到500℃，保温0.5h，冷却到室温，即获得纳米CoSe@立体蜂窝碳复合材料。
[0033]本专利技术还提供了所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料在制备锂离子电池负极
中的应用。
[0034]在一优选例中，采用本专利技术的纳米CoSe@立体蜂窝碳复合材料制作锂离子电池负极：分别称取质量比8:1:1的纳米CoS本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，在所述纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料中，碳呈立体蜂窝孔结构，硒化钴CoSe以纳米颗粒的形式，紧密、均匀地生长于蜂窝碳的蜂窝孔内表面上。2.根据权利要求1所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，硒化钴纳米颗粒的粒径为3
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100nm。3.根据权利要求1所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，所述蜂窝碳是非晶态材料，由聚乙烯吡咯烷酮分解产生，蜂窝孔直径为50
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1000nm。4.根据权利要求1所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，在所述纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料中，硒化钴的质量百分比为40％
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90％，其余为碳。5.根据权利要求1～4任一项所述的纳米硒化钴@立体蜂窝碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：(1)氮气除氧和保护下，将去离子水加热至60℃，加入油酸和苯乙烯，然后加热至70℃，加入K2S2O8水溶液，引发聚合反应，持续搅拌5
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35h，再加热至80℃保温30min，冷却得到单分散的PS球乳液；(2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到步骤(1)得到的PS球乳液中，搅拌加热到50℃，保温30min，然后加入Co(NO3)2·
6H2O，搅拌5h，得到的混合溶液在60℃下干燥成前驱体Co(NO3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：严微微，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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