[发明专利]Fe7

说明书

本发明涉及一种Fe₇Se₈纳米粒子/氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备方法及其作为钠离子电池负极材料的应用。该复合材料的制备步骤如下：a、制备吸附Fe²⁺的Se纳米颗粒Se‑Fe²⁺；b、将Se‑Fe²⁺与聚丙烯腈PAN通过静电纺丝制备Se‑Fe²⁺/PAN纳米纤维；c、将得到的Se‑Fe²⁺/PAN纳米纤维在N₂气氛下退火得到Fe₇Se₈/N‑CNFs复合材料。作为钠离子电池的负极材料，Fe₇Se₈/N‑CNFs复合材料表现出高的放电容量和优良的循环稳定性，在0.1A g^‑1电流密度下循环100圈的容量为405.6mAh g^‑1；在1A g^‑1电流密度下循环2000圈的容量为340.8mAh g^‑1。最重要的是，该复合材料具有卓越的倍率性能，在放电电流密度为20A g^‑1时，其容量仍高达286.3mAh g^‑1。本发明为研发综合性能优异的钠离子电池负极材料提供了新的思路。

技术领域：

本发明涉及一种Fe₇Se₈纳米粒子/氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备方法及其作为钠离子电池负极材料的应用。

背景技术：

锂离子电池具有高的能量密度和功率密度，已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等。但锂资源的储量有限且分布不均，这已经成为发展价格低廉的大规模储能电池的瓶颈。近年来，钠离子电池由于钠的成本低、储量丰富，且其与锂离子电池具有相同的存储机制而受到越来越多的关注。由于钠离子半径比锂离子半径大，作为商用锂离子电池负极的石墨用于钠离子电池负极表现出很差的电化学性能。因此，研究具有高容量、长寿命和优异倍率性能的钠离子电池负极材料仍然是巨大的挑战。最近，科研人员研究了几类有前途的电化学储钠负极材料，比如硬碳、金属型(Sn,Sb等)、金属氧化物(SnO₂,Fe₂O₃,Sb₂O₃,NiO等)和过渡金属硫族化物(SnS₂,MoS₂,FeS₂,FeSe₂,MoSe₂等)。据报道，与金属硫化物具有相似特性的金属硒化物是一类非常有潜力的钠离子电池负极材料。最近，华中科技大学的黄云辉教授课题组通过将混合均匀的Se粉和普鲁士蓝进行退火，制得了Fe₇Se₈纳米粒子包覆在氮掺杂碳中的复合材料。这种碳包覆结构可以提高导电性，并且可以有效缓冲Na⁺嵌入过程中产生的大的体积膨胀。因此上述复合材料在钠离子电池中表现出优良的电化学性能，在1A g^-1的电流密度下循环1200圈后的容量可保持在339mAh g^-1。然而，这种结构仍存在着不足：封闭的核壳结构不利于电解液充分浸润活性材料；Fe₇Se₈粒子尺寸较大，不利于Na⁺传输。

发明内容：

针对上述问题，本发明制备了一种Fe₇Se₈纳米粒子/氮掺杂碳纳米纤维，即Fe₇Se₈/N-CNFs复合材料，并将其用于钠离子电池负极材料。