一种应用于钠离子电池的Se/C-Co复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于钠离子电池的Se/C

【技术实现步骤摘要】
一种应用于钠离子电池的Se/C
‑
Co复合材料及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及新能源材料制备
，具体涉及一种应用于钠离子电池的Se/C
‑
Co复合材料及其制备方法。

技术介绍
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[0002]为了满足电动汽车快速发展、便携式电子设备更新换代快和大规模储能的需要，高能量密度和长循环寿命是对新一代电池的主要要求。锂离子电池作为目前重要的储能器件，仍然面临锂盐资源的短缺和成本上升的障碍。钠离子电池作为一种极具发展前景的能源系统，因其储量丰富、能量转换效率高、循环寿命长、低温和快充性能等优势，已成为目前储能技术的研究热点。钠离子电池广泛研究的正极材料如普鲁士蓝类似物、层状过渡金属氧化物和聚阴离子化合物通常具有低比容量，因此很难满足未来对高能量密度的要求。在钠离子电池中探索适合广泛实际应用的电极材料，仍然是一个不可避免的挑战。为了应对钠离子电池的能量密度不足抑制了它们的实际应用的问题，通常使用硫族化合物(例如硫和硒)作为钠离子电池的阴极材料，因为它们的能量密度高。硒作为硫族元素之一表现出更高的电导率，是一种极具潜力的阴极材料的替代。
[0003]然而，钠硒电池中多硒化钠穿梭效应、循环稳定性差、钠硒之间反应活性低等缺点阻碍了其实际应用。迄今为止，在改善硒主体构建合适的基体材料以提高Na
‑
Se电池的电化学性能方面已经付出了巨大的努力。专利CN 109360959A“一种碳硒材料及其制备方法和在储能器件中的应用”中将硒物理包覆在碳材料表面与碳以共价键结合。专利CN 114074936A“一种氮掺杂碳纳米球及制备方法和应用”通过高温水热刻蚀二氧化硅结合软模板法获得分级多腔空心结构的碳纳米球，对所得碳纳米球进行碳化和氮掺杂，即得到氮掺杂碳纳米球。高温刻蚀再热处理碳化掺杂的合成步骤比较复杂。并且采用上述方式制备的材料尺寸较大，硒的电化学活性得不到有效利用，仅仅通过多孔碳基体的吸附作用减轻多硒化物穿梭效应是有限的，导致电池的循环性能较差。
[0004]综上所述，根据本课题组已经公开的专利技术专利CN 115043391A为前提，选择具有超薄分子层状结构的二维材料，内部原子暴露较多，可以优化硒的分布，增强其反应性，还可以缩短钠离子的传递路径，加快反应速率；并且将过渡金属钴作为杂原子整合到碳骨架中以催化加快Na2Se
n
转化反应动力学，还能提高极性组分在基体上的吸附能力。

技术实现思路
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[0005]针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种Se/C
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Co复合材料及其制备方法，并将制得的Se/C
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Co复合材料应用于钠离子电池中，不仅可以有效解决多硒化物穿梭，而且改善了钠离子电池反应动力学缓慢的问题。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种Se/C
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Co复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将1,4,5,8
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萘四甲酸酐分散于碱性溶液中，得到混合物A；
[0009]将六水合硝酸锌溶解于去离子水中，得到混合物B；
[0010]将六水合硝酸钴溶解于去离子水中，得到混合物C；
[0011](2)向混合物A中缓慢滴加混合物B，再缓慢滴加混合物C，密封保温反应，将产物离心沉淀，洗涤，烘干，得到Zn/Co
‑
MOF前驱体；
[0012](3)在惰性气体的保护下，将Zn/Co
‑
MOF前驱体高温煅烧，得到钴掺杂的碳材料；
[0013](4)将钴掺杂的碳材料与硒粉混合后高温煅烧，得到Se/C
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Co复合材料。
[0014]本专利技术的第二个目的是提供一种根据前述的制备方法得到的Se/C
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Co复合材料。
[0015]本专利技术的第三个目的是提供前述的Se/C
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Co复合材料作为钠离子电池正极材料的用途。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]1、按照本专利技术提供的制备方法，通过控制原料配比，采用化学沉淀法、高温煅烧法和熔融扩散法，即可制备得到所述的Se/C
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Co复合材料。
[0018]2、本专利技术制备的Se/C
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Co复合材料的均一性好，其二维花状结构由平均厚度为20nm的纳米片构成，比表面积大，内部可暴露的原子位点多，不仅可以优化硒的分布，增强其反应性，还可以缩短钠离子的传输路径；且纳米片上含有的丰富的微孔和介孔结构有利于限域硒和电解液的扩散；钴纳米颗粒能够起到催化作用，加快了多硒化物的转化动力学，从而有效抑制多硒化物的“穿梭效应”。
[0019]3、本专利技术制备的Se/C
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Co复合材料可应用于储能和催化领域。
附图说明：
[0020]图1为本专利技术实施例1制备得到的钴掺杂的二维多孔碳材料和Se/C
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Co复合材料的X射线衍射图；
[0021]图2为本专利技术实施例1制备得到的Zn/Co
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MOF前驱体材料的扫描电子显微镜图；
[0022]图3为本专利技术实施例1制备得到的Se/C
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Co复合材料的扫描电子显微镜图；
[0023]图4为本专利技术实施例1制备得到的钴掺杂的二维多孔碳材料的氮气吸脱附等温线和孔径分布图；
[0024]图5为将本专利技术实施例1制备得到的Se/C
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Co复合材料作为钠离子电池正极材料在0.1C、0.5C、1C、2C、5C下的倍率性能图；
[0025]图6为将本专利技术实施例1制备得到的Se/C
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Co复合材料作为钠离子电池正极材料在0.5C电流密度下的循环性能图。
具体实施方式：
[0026]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本专利技术。
[0027]本专利技术提供了一种Se/C
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Co复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028](1)将1,4,5,8
‑
萘四甲酸酐分散于碱性溶液中，得到混合物A；
[0029]将六水合硝酸锌溶解于去离子水中，得到混合物B；
[0030]将六水合硝酸钴溶解于去离子水中，得到混合物C；
[0031](2)向混合物A中缓慢滴加混合物B，再缓慢滴加混合物C，密封保温反应，将产物离
心沉淀，洗涤，烘干，得到Zn/Co
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MOF前驱体；
[0032](3)在惰性气体的保护下，将Zn/Co
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MOF前驱体高温煅烧，得到钴掺杂的碳材料；
[0033](4)将钴掺杂的碳材料与硒粉混合后高温煅烧，得到Se/C
‑
Co复合材料。
[0034]优选地，所述碱性溶液的浓度为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Se/C
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Co复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将1,4,5,8
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萘四甲酸酐分散于碱性溶液中，得到混合物A；将六水合硝酸锌溶解于去离子水中，得到混合物B；将六水合硝酸钴溶解于去离子水中，得到混合物C；(2)向混合物A中缓慢滴加混合物B，再缓慢滴加混合物C，密封保温反应，将产物离心沉淀，洗涤，烘干，得到Zn/Co
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MOF前驱体；(3)在惰性气体的保护下，将Zn/Co
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MOF前驱体高温煅烧，得到钴掺杂的碳材料；(4)将钴掺杂的碳材料与硒粉混合后高温煅烧，得到Se/C
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Co复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述六水合硝酸锌、六水合硝酸钴的物质的量之比为20:1。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述密封保温反应的温度为40～80℃，时间为8～24h。4.如权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伶俐，张若洁，李思琦，胡荣强，桂磊，胡磊，易欢，卢义胜，
申请(专利权)人：合肥众禾动力新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：