[发明专利]一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用。在硒化钴‑碳复合材料中硒化钴纳米棒均匀生长在碳表面。该复合负极材料的制备方法是：1）制备均匀分散的硒源和钴源；2）待钴源与硒源混合均匀后再加入碳源，将混合溶液进行超声后放入反应釜进行水热反应；3）过滤洗涤、真空干燥，并在保护气氛下热处理后，得到硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料。本发明制备的硒化钴/碳复合材料分散性好，呈均匀的纳米棒状结构，作为钠离子电池负极材料具有较高的充放电比容量、良好的倍率性能和循环稳定性。该方法简单，原料易得，重现性高，无污染，在钠离子电池领域具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子二次电池电极材料领域，具体涉及一种硒化钴（CoSe₂）/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着锂离子电池在便携式装备、移动电源、电动汽车、储存电站等众多领域有广泛的应用，对锂离子电池的需求量急剧增加。但是，有限的锂资源和高价位的锂价格极大的限制了锂离子电池的大规模应用。钠元素的储量极为丰富（地壳中元素含量排名第六），而且原料价格便宜。因此，用钠离子电池取代锂离子电池将有可能能解决大规模储能问题，高比能量、高比功率的钠离子电池将具有广阔的应用前景。

由于Na和Li属于同主族元素，Na⁺具有与Li⁺相似的嵌入机制，钠离子电池与锂离子电池具有类似的电化学性质，锂离子电池的负极材料被认为可以直接用来制备钠离子电池的负极。目前，商用的锂离子电池负极材料主要是石墨。但是，钠离子的半径大于锂离子的半径，钠离子不能在较小的石墨层间自由脱嵌，这将严重影响钠离子电池的循环稳定性和倍率性能。金属硒化物因其独特的纳米结构和较高的理论比容量得到了广泛关注。然而，硒化物材料本身离子导电率和电子导电率较低，并且在实际应用趋向于自发团聚，导致钠离子脱嵌困难，因此需要对材料结构和合成方法进行设计改进。虽然，此前有合成硒化钴材料的报道，但是其合成方法、性能以及用途均与本发明有所差异，且关于硒化钴/碳高性能钠离子电池负极材料的发明尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用。该复合负极材料作为钠离子电池负极材料具有良好的充放电容量和倍率性能以及长循环寿命。同时，该复合材料的制备方法简单，原料易得，重现性高，无污染，在钠离子电池领域具有非常广阔的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）首先称取硒源和钴源分别加入到模板剂中，得硒源溶液和钴源溶液；

2）然后将硒源溶液和钴源溶液混合均匀后，加入固体碳源，再超声0.5-5h后放入反应釜中，于160~240℃下进行水热反应；

3）将水热反应产物固液分离，用水和酒精分别将所得固体洗涤3-5次，在60-90℃下真空干燥后，在保护气氛中300~500℃下热处理1-5h后得到硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料。

作为优选，步骤1）所述硒源为硒粉、二氧化硒、亚硒酸钠和硒代硫酸钠中的一种或几种。

作为优选，步骤1）所述钴源为乙酸钴、硝酸钴、硫酸钴和氯化钴中的一种或几种。

作为优选，步骤1）所述钴源与硒源摩尔加入量控制在Co：Se=1:（2~2.5）。

作为优选，步骤1）所述的模板剂为去离子水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、二甲基甲酰胺中的一种或几种。

作为优选，步骤2）所述碳源为葡萄糖、柠檬酸、天然纤维素、碳纳米管、石墨片和石墨烯中的一种或几种。

作为优选，步骤2）所述水热反应时间为10~48h。