[发明专利]一种复合氮掺杂蜂窝状多孔碳FeSe2/C的制备方法及产品

说明书

本申请涉及一种复合氮掺杂蜂窝状多孔碳FeSe₂/C的制备方法及通过该方法制得的产品，采用固相法制备出直径为20～100nm的FeSe₂纳米粒子原位生长在蜂窝状的碳负极材料上，形貌好，结晶度好，粒径分布均匀，导电碳网络能缓解体积膨胀，提供良好的导电网络，大大提升电池的循环稳定性，而被碳包裹的FeSe₂粒子能提升电池的放电比容量，两者复合之后得到性能优异的钾离子电池负极材料。

技术领域

本申请属于钾离子电池技术领域，尤其是涉及一种复合氮掺杂蜂窝状多孔碳FeSe₂/C的制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。随着人类的发展和工业化进程的推进，能源消费急剧增长，与人类休戚相关的化石能源日益减少，随之而来的环境污染日益严重，威胁着人类的可持续发展。因此，寻找如风能、太阳能、核能等新型替代能源逐渐被人们所关注。由于这些能源作用过于分散、不连续，使得开发与这些能源相配套的能源存储与转换器件及其相关材料成为当务之急。为了满足世界范围内对能源转化和储备日益增长的需求，人们对绿色二次电池越来越重视。而在众多的二次电池体系中，锂离子电池因工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、绿色环保等众多优点，得到了快速的发展。但是锂资源分布不均，价格昂贵限制了其发展，钾的价格较锂低廉很多，钾与锂处于同一主族，核外电子排布类似，因此化学和物理性质相似，除此之外，钾金属储量更加丰富，资源广泛，综合以上因素，关于钾离子电池的研究越来越热门。然而，在钾离子电池中，钾离子的半径远远大于锂离子半径因而钾离子在材料中嵌入脱出会引起较大的体积膨胀，使材料结构坍塌混化导致电池性能较差，因此我们设计新的电池材料改善电池的电化学性能。

钾离子电池主要由正负极材料、电解液、隔膜等组成，其中负极材料占据着最重要的地位，是核心关键材料，直接影响电池的容量、寿命、成本、安全性等重要性能。因此，开发高性能负极材料对钾离子电池及相关行业的快速发展具有重要意义。目前研究较多的主要是石墨与多孔碳材料，过渡金属氧化物，硫化物，磷化物和硒化物等等。碳材料的循环稳定性较好，但是容量较低，金属化合物能提高其容量，但是纯的金属化合物循环稳定性较差。FeSe₂具有高的理论比容量、安全性高、无污染等优点，在锂离子电池与钠离子电池方面已经被广泛应用，但其也存在着导电性差、离子扩散速度慢、材料易粉化等缺点，阻碍了材料的进一步发展。

近来转化反应基负极材料的问世，因其具有安全性好、循环更稳定等优点而成为钾离子电池负极材料的研究热点，其中FeSe₂具有高的理论比容量，原料价格低廉，原材料丰富，环境友好，安全可靠等优点。FeSe₂作为负极材料被广泛应用于锂离子电池和钠离子电池，但是其在钾离子电池制备目前仍是难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种复合氮掺杂蜂窝状多孔碳FeSe₂/C的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合氮掺杂蜂窝状多孔碳FeSe₂/C的制备方法，包括以下步骤：

S1：将碳源、铁盐加入到溶剂中配置成溶液，搅拌均匀，其中铁离子浓度为0.1～1mol/L；

S2：对步骤S1所得溶液在60～90℃下进行加热，取溶剂挥发后生成得固体；

S3：将步骤S2所得固体进行干燥；

S4：将步骤S3干燥后的固体置于保护气氛中于300～400℃下进行预烧1～4h，再置于600～750℃下烧结3～8h，得到碳包覆的Fe3C黑色粉末；

S5：将步骤S4所得Fe₃C黑色粉末与硒源研磨均匀，在保护气氛下于300～750℃下进行煅烧，得到复合氮掺杂蜂窝状多孔碳FeSe2/C材料；