[发明专利]一种钴铁双金属硒化物钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种钴铁双金属硒化物钠离子电池负极材料的制备方法，通过简便的方法来合成FeSe₂@CoSe₂异质结构，以增强钠离子电池的电化学性质。所述方法首先合成ZIF‑67的前驱体，然后再通过离子吸附在表面生长一层Fe金属层，经过高温硒化煅烧，得到具有均匀异质界面的核‑壳结构材料。采用本发明所述方法制备的钴铁双金属硒化物材料作为负极材料应用于钠离子电池，显著改善了钠离子电池的循环性能，提升了电池的容量与使用寿命，且有效抑制了充放电过程中的体积膨胀。

技术领域

本发明的技术方案涉及一种钴铁双金属硒化物钠离子电池负极材料的制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

锂离子电池由于高的能量密度，长循环寿命和环境友好等特点引起了研究人员的关注，并且广泛应用于各种领域，如便携式电子产品和电动汽车。但是由于石墨做为锂离子电池负极的比容量比较低，无法满足市场快速发展的要求。因此迫切需要寻找新的体系来代替它。金属钠在地球上的储存量大，价格比较低廉。虽然钠离子在充放电的过程中和锂离子电池比较的相似，但是因为钠的离子半径大于锂的离子半径，在锂离子电池中使用的常规负极材料如石墨材料并不适合于钠离子电池，。故而寻找合适的负极材料是钠离子电池的主要挑战。在已经探索的负极材料中，金属硒化物被认为是高性能钠离子电池的负极材料，因为它们具有多种结构类型和优异的电化学活性。在过去的研究中。FeSe₂和CoSe₂的钠储存机制涉及转化过程。然而，由于电池在充电和放电过程中会发生大的体积变化，块状FeSe₂和CoSe₂表现出差的循环寿命和稳定性能。

基于上面的一些理论基础，我们提出了一种简便的方法来合成FeSe₂@CoSe₂异质结构，以增强钠离子电池的电化学性质。

发明内容

本发明主要是通过ZIF-67作为前驱体，经过在表面生长一层Fe金属层，然后在Ar的气氛下进行硒化煅烧，得到核壳的钴铁双金属硒化物，并将这种材料运用到钠离子电池负极上。在表面长Fe的金属层的主要目的是让ZIF-67的外面长一层金属层，而且材料由于外面有一层PVP，在煅烧的过程中会形成一层无定形的碳，可以增强材料的导电性，同时由于碳层的存在可以有效抑制了由于钠离子电池在充放电过程带来了一些体积膨胀。相对于纯的CoSe₂的样品来说，这样设计出来的结构更加能够有效的钠离子电池的循环性能和库伦效率。本发明克服了现有技术制备的钠离子电池负极材料在充放电过程中的体积膨胀，有效的提高了电池的循环性能，同时外面的碳层也能够增加电池的导电性，提高了电池的比容量和循环稳定性。

所述钴铁双金属硒化物钠离子电池的负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）ZIF-67前驱体的制备：

将硝酸钴溶于甲醇中，在磁力搅拌器中以搅拌至完全溶解，标记为A溶液。将2-甲基咪唑溶于甲醇中，在磁力搅拌器中搅拌至完全溶解，标记为B溶液。将B溶液迅速倒入A溶液中搅拌，在室温的条件下静置后通过离心收集样品， 用甲醇洗涤三次并在60 ℃的烘箱中烘干备用。

进一步地，所述步骤（1）中硝酸钴质量为0.291 g，制备溶液A所需甲醇体积为20mL；2-甲基咪唑质量为0.658 g，制备溶液B所需甲醇 体积为20 mL；

进一步地，所述步骤（1）中A和B溶液制备过程中搅拌速度为400 r/min，搅拌时间为5min；

进一步地，所述步骤（1）中A、B混合后搅拌时间为5 min，室温静置时间为24h，离心收集样品时离心转速为8000 r/min。

（2）合成ZIF-67@Fe-LDH结构材料