[发明专利]多孔硒化铁碳包覆复合材料及其在钾离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种多孔硒化铁碳包覆复合材料及其在钾离子电池中的应用，涉及电池电极材料技术领域，本发明所述多孔硒化铁碳包覆复合材料由MIL‑100(Fe)前驱体与硒粉发生的高温反应形成，并将该复合材料作为钾离子电池电极材料进行应用，其独特的碳包覆结构和介孔孔道有利于提高钾离子电池的循环性能和倍率性能，使用该复合材料制备的钾离子电池可以有效地解决了钾离子反应动力学较慢、电极材料体积膨胀的问题。

技术领域：

本发明涉及电池电极材料技术领域，具体涉及一种多孔硒化铁碳包覆复合材料及其在钾离子电池中的应用。

背景技术：

在过去二十年的时间里，由于锂电池的能量密度高、循环性能好、绿色无污染等优点而广泛地使用在人们的日常生活中：手机、电脑、电动汽车等等。但是锂金属作为稀缺金属，随着锂电池需求的大量增加，锂资源被快速消耗。而且，锂电池的能量密度渐渐不能满足电动汽车和大规模储能电网的要求。因此，在当前形势下，由于钾金属相对锂来说，资源更加丰富、成本低廉，钾离子电池作为下一个有机会市场化的储能电池应运而生。而制约钾离子电池性能的关键因素就是其负极电极材料，找到一种循环稳定性好、能量密度高的负极材料是刻不容缓的。

硒化铁作为一种导电性好、理论容量高的材料，非常适合用碳包覆对其结构进行优化。因此，用碳包覆硒化铁增加其多孔孔道，缩短钾离子的传输路径，提高离子传输速率，提高钾离子电池的电化学性能。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多孔硒化铁碳包覆复合材料，将制得的多孔硒化铁碳包覆复合材料作为钾离子电池电极材料应用时可以显著改善钾离子电池的循环性能，具有优异的循环稳定性。

本发明的一个目的是提供一种多孔硒化铁碳包覆复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将九水合硝酸铁和苯三甲酸分别溶于去离子水，混合后再加入氢氟酸，搅拌，然后转移至反应釜中并密封；

(2)在一定的升温速率下，将反应釜内的混合物加热至预先设定的温度进行保温反应；

(3)待反应结束后将反应液离心，洗涤，烘干，得到MIL-100(Fe)前驱体；

(4)将MIL-100(Fe)前驱体与硒粉混合，用球磨机进行球磨，所得混合物转移到管式炉中；

(5)在惰性气体保护下，将混合物按一定的升温速率进行加热并保温反应，反应结束后冷却，取出，得到多孔硒化铁碳包覆复合材料。

所述步骤(1)中九水合硝酸铁、苯三甲酸的质量比为2:(0.5～2)，氢氟酸的用量为每克九水合硝酸铁使用氢氟酸1-5mL，搅拌时间为10～300min。

所述步骤(2)中升温速率为0.1～20℃/min，预先设定的温度为100～200℃，保温时间为8～12h。

所述步骤(4)中MIL-100(Fe)前驱体与硒粉的重量比为1:(0.25～5)，球磨机的转速为10～500r/min，球磨时间为1～4h。

所述步骤(5)中升温速率为0.1～20℃/min，加热温度为200～800℃，保温时间为5～12h。

所述步骤(5)中惰性气氛为不会与硒化铁、MIL-100(Fe)前驱体反应的气体，如氩气、氦气、氦气/氩气混合气体等。

所述步骤(1)-(5)中反应釜材质为不与硝酸铁、MIL-100(Fe)前驱体、硒化铁、硒粉及碳发生反应的材质，如聚四氟乙烯等。

本发明的另一个目的是提供上述多孔硒化铁碳包覆复合材料在钾离子电池电极材料中的应用。