【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池，具体涉及正极材料及其制备方法和钠硒电池。
技术介绍
1、钠硒（na-se）电池中，硒电极的理论比容量高，理论体积比容量高，电子电导率高，并且硒电极与醚基电解液结合，通过促进na-se电池中反应中间体的溶解，有效地将固相扩散转化为液相扩散，使得钠硒电池具有高能量密度和高功率密度。然而，硒基储能在实现循环稳定性方面仍面临着巨大挑战，这归因于显著的膨胀效应和中间体na2sen(2<n≤8) 的穿梭效应。此外，钠电极和硒电极之间的反应活性低也是主要影响因素。
2、目前，常用的解决手段多是将硒与其他物质反应生成化合物，进而限制多硒化物的穿梭效应。虽然这些方法在一定程度上缓解了钠硒电池循环寿命不足的问题，但对钠电极和硒电极之间反应活性低、反应速度慢的情况没有裨益。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了正极材料及其制备方法和钠硒电池。该正极材料可实现钠硒电池的高功率密度和高能量密度，并表现出出色的长期循环能力。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种正极材料，该正极材料包括宿主材料和se粒子；
4、宿主材料包括mxene材料和过渡金属纳米颗粒，mxene材料具有手风琴状的层状结构，过渡金属纳米颗粒修饰于mxene材料表面；
5、se粒子负载于mxene材料表面及其层状结构之间。
6、在本专利技术实施方式中，mxene材料的化学式为mn+1x
7、在本专利技术实施方式中，过渡金属纳米颗粒包括fe纳米颗粒、cu纳米颗粒、co纳米颗粒、ni纳米颗粒中的至少一种。
8、作为优选，过渡金属纳米颗粒的粒径为1～100 nm。
9、作为优选，se粒子的粒径为1～100 nm。
10、作为优选，mxene材料与过渡金属纳米颗粒的摩尔比为1:1～1:5。
11、作为优选，se粒子与宿主材料的质量比为1:1～4:1。
12、第二方面，本专利技术提供了上述正极材料的制备方法，包括如下步骤：
13、s1，将max相材料、过渡金属氯化物、熔盐介质混合均匀，得到第一混合物；在惰性气体氛围中，对第一混合物进行熔盐刻蚀处理，除去水溶性盐，再经干燥后，得到包括mxene材料和过渡金属纳米颗粒的宿主材料；
14、s2，将宿主材料和se粉混合均匀，得到第二混合物；在惰性气体氛围中，对第二混合物进行烧制处理，研磨，得到正极材料。
15、在本专利技术实施方式中，max相材料的化学式为mn+1axn，其中，m为过渡金属元素ti、v、nb、cr、sc、mo、y、zr、ta、w、hf中的至少一种，a为al、ga、zn、si、p、s、ge、as、cd、in、sn、tl、pb中的至少一种，x为c和/或n元素，n为层数，n选自1、2或3。
16、在本专利技术实施方式中，过渡金属氯化物包括fecl2、cucl2、cocl2、nicl2中的至少一种。
17、在本专利技术实施方式中，熔盐介质包括碱金属氯化物。
18、作为优选，max相材料、过渡金属氯化物、熔盐介质的摩尔比为1:(1~5):(4~10)。
19、作为优选，步骤s1中，熔盐刻蚀处理的升温速率为1～10 ℃ min-1，熔盐刻蚀处理的保温温度为700～800 ℃，熔盐刻蚀处理的保温时间为10～24 h。
20、作为优选，步骤s2中，烧制处理的温度为200～300 ℃，烧制处理的保温时间为2～4 h。
21、第三方面，本专利技术提供了一种正极片，该正极片包括上述正极材料，和/或由上述制备方法制得的正极材料。
22、第四方面，本专利技术提供了一种钠硒电池，该钠硒电池包括上述正极片。
23、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：
24、1、本专利技术正极材料包括过渡金属纳米颗粒修饰的手风琴状mxene 宿主材料以及se粒子。其中宿主材料作为一种二维的限域-催化结构，可以很大程度上抑制硒的体积膨胀效应，以及限制多硒化物的穿梭效应；宿主材料表面修饰的过渡金属纳米颗粒有效地促进了钠电极和硒电极之间的反应动力学，增强了硒正极的电荷转移，实现钠硒电池的高功率密度和高能量密度。可见，该宿主材料分别从限制硒的体积膨胀，抑制多硒化物的穿梭效应，加速硒电极与钠电极的反应速度三方面出发，共同实现钠硒电池的高功率密度和高能量密度。
25、首先，宿主材料的层状结构提供了纳米级尺寸空间来限制se；其次，mxene材料的表面-o端基和se之间存在强烈的化学吸附，这会阻碍穿梭效应；最后，mxene材料表面修饰的过渡金属（例如fe）纳米颗粒作为活性中心，促进多硒化钠的电荷传输，可以有效促进长链 (na2se8、na2se6、na2se4、na2se2) 向短链 (na2se) 多硒化物的转化，加速电化学反应动力学。具体来说，锚定的过渡金属纳米颗粒可以催化从液相na2sen到固相na2se的转化，同时降低能垒。同时，引入的过渡金属纳米颗粒可以提供额外的活性位点，可以有效促进转化，从而导致容量的有效增加。由此看来，宿主材料不仅通过空间限域和化学吸附等限域效应阻碍多硒化物的溶解和穿梭，而且还发挥催化作用，促进长链多硒化物向短链多硒化物的转化。
26、此外，由于mxene材料和过渡金属都有出色的电导率，是电子的优良导体，所以该限域-催化结构还有助于电池高倍率性能的发挥。
27、2、本专利技术正极材料，例如se@mxene/fe正极材料具有74.9 wt%的大量se负载，在0.2 a g-1时表现出575.0 mah g-1的比容量。即使在50 a g-1的高充电速率下，它也能保持500 mah g-1的高比容量，显示出88.5%的超高容量保持率。
28、3、本专利技术正极材料，这种限域-催化结构表现出出色的长期循环能力，在10 a g-1下经历5000次循环后，仍能保持494.6 mah g-1的高比容量，这突显了其结构稳定的特性。
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1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括宿主材料和Se粒子；
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述MXene材料的化学式为Mn+1XnTx，其中，M为过渡金属元素Ti、V、Nb、Cr、Sc、Mo、Y、Zr、Ta、W、Hf中的至少一种，X为C和/或N元素，Tx为表面官能团-O、-Cl、-OH、-F中的至少一种，n为层数，n选自1、2或3；
3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述MXene材料与所述过渡金属纳米颗粒的摩尔比为1:1～1:5；
4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MAX相材料的化学式为Mn+1AXn，其中，M为过渡金属元素Ti、V、Nb、Cr、Sc、Mo、Y、Zr、Ta、W、Hf中的至少一种，A为Al、Ga、Zn、Si、P、S、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl、Pb中的至少一种，X为C和/或N元素，n为层数，n选自1、2或3；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MAX相材料、过渡金属氯化物、熔
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述熔盐刻蚀处理的升温速率为1～10 ℃ min-1，所述熔盐刻蚀处理的保温温度为700～800 ℃，所述熔盐刻蚀处理的保温时间为10～24 h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述烧制处理的温度为200～300 ℃，所述烧制处理的保温时间为2～4 h。
9.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求1至3中任一项所述的正极材料，和/或由权利要求4至8中任一项所述的制备方法制得的正极材料。
10.一种钠硒电池，其特征在于，所述钠硒电池包括权利要求9所述的正极片。
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括宿主材料和se粒子；
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述mxene材料的化学式为mn+1xntx，其中，m为过渡金属元素ti、v、nb、cr、sc、mo、y、zr、ta、w、hf中的至少一种，x为c和/或n元素，tx为表面官能团-o、-cl、-oh、-f中的至少一种，n为层数，n选自1、2或3；
3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述mxene材料与所述过渡金属纳米颗粒的摩尔比为1:1～1:5；
4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述max相材料的化学式为mn+1axn，其中，m为过渡金属元素ti、v、nb、cr、sc、mo、y、zr、ta、w、hf中的至少一种，a为al、ga、zn、si、p、s、ge、as、cd、in、sn、t...
【专利技术属性】
技术研发人员：李世全，田文，於洪将，王汭，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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