【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着清洁能源的迅速发展，储能技术已经成为推动全球能源结构变革的关键因素。在各种储能技术中，电化学储能被认为是最为广泛运用且具有巨大潜力的一种。其中，锂离子电池作为电化学储能技术中的典型代表，由于其高能量密度、长循环寿命、低自放电以及环保等优点，已成为最为可行的选择之一。然而，有限的锂资源已经成为限制锂离子电池大规模应用的主要障碍。相比之下，钠离子电池与锂离子电池在电化学反应机理上类似，并且钠资源丰富、成本较低且对环境友好，因此钠离子电池被视为电化学储能系统的至关重要的一环。因此，当务之急是找到合适的负极材料，这种材料需具有较大的间隙空间，可以轻松存储na+，并且可以解决循环过程中材料体积膨胀和粉化的问题。
2、公开号为cn111554896a的中国专利文件，公开了一种硒化钴镍氮掺杂无定形碳纳米复合负极材料及制备与应用，所述硒化钴镍氮掺杂无定形碳纳米复合负极材料具有排列无序的多孔结构，增加材料的活性位点，有利于钠离子的传输。然而，上述制备方法要求首先合成金属有机骨架（mof），合成mof需要精确控制反应条件，包括温度、压力和溶剂选择等，这就增加了合成过程的复杂性和成本。
3、公开号为cn109935791a的中国专利文件，公开了一种碳球包裹的硒化钴纳米复合材料及其制备方法和应用，这种纳米复合材料利用多孔碳球将硒化钴纳米材料分散其中，可以容纳硒化钴纳米材料在充放电过程中产生的体积变化。然而，该纳米复合材料缺乏足够大
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种钠离子电池负极材料及其制备方法和应用，本专利技术能够有效减轻充放电过程中产生的体积膨胀问题，大幅增加钠储存的活性位点，制备方法操作步骤简单，易实现且成本低，充放电倍率高、循环稳定性能优异，这些特性使得其在工业化生产中具有显著的应用潜力。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供一种钠离子电池负极材料，包括碳布和互相穿插均匀分散负载在碳布上的纳米片，纳米片为硒化钴和硒化钒，纳米片为多孔结构；负极材料直径为10.4～18.6μm，纳米片的厚度为10～70nm，多孔孔径为3～32nm；硒化钴占负极材料质量的32.5～48.1％，硒化钒占负极材料质量的21.4～30.7％。
4、本专利技术还提供了上述技术方案所述一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
5、（1）将碳布、钴源和尿素分散在去离子水中，进行水热处理，再依次用水、乙醇分别冲洗至上清液澄清并干燥，得到处理后的碳布；
6、（2）将步骤（1）处理后的碳布、硒粉和钒源分别放入三个瓷舟中，将三只瓷舟放入管式炉中，硒粉和钒源位于管式炉气流上游一侧，在氢氩混合气氛下进行高温煅烧，得到钠离子电池负极材料。
7、优选地，步骤（1）中，钴源为氯化钴或硫酸钴或硝酸钴中的一种；钴源浓度为0.01～0.5mol/l；钴源与尿素的摩尔比为1：10～50；水热处理温度为100～180℃，时间为6～10h；干燥温度为60～100℃，时间为6～8h。
8、优选地，步骤（2）中，钒源为氯化钒或硫酸钒或偏钒酸铵中的一种，处理后的碳布、硒粉和钒源的质量比为1：2～5：2～6；高温煅烧控制升温速率为2～5℃/min，温度为400～800℃，时间为1～5h。
9、本专利技术还提供上述钠离子电池负极材料作为钠离子电池负极的应用。
10、本专利技术的有益效果如下：
11、1.本专利技术提供的钠离子电池负极材料，硒化物（cose和vse2）具有较大的层间间隔、层状结构和优异的导电性，有利于钠离子的插入和脱嵌，缓解体积膨胀问题，因此在钠离子电池中显示出更好的倍率性能和循环性能。特别地，双金属硒化物与单金属硒化物相比，具有更丰富的钠离子的扩散动力学，因此具有更高的嵌钠容量，有助于提高钠离子电池的储能密度和性能表现。
12、2.本专利技术使用的cose和vse2纳米片具有大表面积、足够的暴露边缘位点等特点，可以缓解金属硒化物在充放电过程中体积膨胀所带来的负面影响，改善负极/电解质之间的相互作用，以提高电池的循环稳定性；同时，纳米片具有超薄的厚度以及多孔形态，可快速实现电子/离子传输和促进电解质渗透，有效地实现活性材料之间的电子转移并增加钠储存的活性位点，从而显示出卓越的倍率能力和循环能力；此外，纳米片之间的相互穿插暴露出更多的自由容积存储钠以适应大体积变化。
13、3.本专利技术材料中碳布（cc）具有超强的强度，能够在高温条件下保持稳定性；cc具有高表面积可以有效地提高电解质的润湿性；cc具有导电性，有助于形成电子传输的高效导电网络，并为cose和vse2的分散提供缓冲空间，有利于活性位点的充分暴露。
14、4.本专利技术提供的钠离子电池负极材料的制备方法，该方法包括两个简单的化学合成步骤，具有多方面的优势：①经济效益：采用的原料（碳布、钴源、尿素、硒粉和钒源）成本较低，加之水热合成技术本身也是一种经济的合成手段；②操作简便性：该合成过程的步骤划分明确，操作简单直观，无需依赖复杂的模板或外部结构辅助；③温和的合成条件：水热合成环节在较低的温度和压力下实施，有效减少了能源消耗及对设备的要求；④良好的可扩展性：水热合成和后续的煅烧步骤均适合于不同规模的放大生产，有利于实现从实验室到工业生产的转化；⑤组分可调性：通过调整原料的比例，可以轻松控制最终产品的化学成分和物理特性，以满足不同的性能需求；⑥环境友好性：在合成过程中使用水和乙醇作为溶剂，整个制备流程环境友好，减少了对环境的影响；⑦简化的后处理：合成得到的材料无需复杂的后处理即可直接应用于电池组装，简化了生产流程。
15、5．通过本专利技术方法制备的钠离子电池负极材料在钠离子电池负极应用中表现突出。在电流密度为0.1、0.2、0.5、1、2和5a/g时的比容量分别为524.6～530.2、490.3～503.6、455.7～461.8、404.1～424.0、339.8～352.2和302.4～311.9mah/g。同时，在0.2a/g@100循环下，可保持为86.1～88.3%的容量保持率。
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1.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，所述钠离子负极材料包括碳布和互相穿插均匀分散负载在碳布上的纳米片，所述的纳米片为硒化钴和硒化钒，纳米片为多孔结构；所述负极材料直径为10.4～18.6μm，纳米片的厚度为10～70nm，多孔孔径为3～32nm；硒化钴占负极材料质量的32.5～48.1％，硒化钒占负极材料质量的21.4～30.7％。
2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，钴源为氯化钴或硫酸钴或硝酸钴中的一种；钴源浓度为0.01～0.5mol/L；钴源与尿素的摩尔比为1：10～50；水热处理温度为100～180℃，时间为6～10h；干燥温度为60～100℃，时间为6～8h。
4.根据权利要求2所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，钒源为氯化钒或硫酸钒或偏钒酸铵中的一种，处理后的碳布、硒粉和钒源的质量比为1：2～5：2～6；高温煅烧控制升温速率为2～5℃/min，温度为400～800℃，时间为1～5
5.一种如权利要求1所述的钠离子电池负极材料的应用，其特征在于，将所述的钠离子电池负极材料用于钠离子电池的负极。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池负极材料，其特征在于，所述钠离子负极材料包括碳布和互相穿插均匀分散负载在碳布上的纳米片，所述的纳米片为硒化钴和硒化钒，纳米片为多孔结构；所述负极材料直径为10.4～18.6μm，纳米片的厚度为10～70nm，多孔孔径为3～32nm；硒化钴占负极材料质量的32.5～48.1％，硒化钒占负极材料质量的21.4～30.7％。
2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，钴源为氯化钴或硫酸钴或硝酸钴中的一种；钴源...
【专利技术属性】
技术研发人员：文晨旭，韩亚红，耿德敏，刘海强，马晓涛，赵青鹏，闫相杰，李凯歌，朱荣振，徐晓丽，张浩波，
申请(专利权)人：山东海化集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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