[发明专利]一种碲化铁/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，公开了一种碲化铁/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。制备方法包括以下步骤：配制静电纺丝前驱体溶液，所述前驱体溶液由高分子聚合物碳源、溶剂和金属铁盐组成；将静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；将静电纺丝前驱体溶液在空气中进行煅烧，得到预氧化纤维膜；将预氧化纤维膜在惰性气氛下进行加热碲化和碳化，得到均匀稳定的碲化铁/碳纳米纤维膜。本发明材料具有较高的初始放电容量和循环稳定性，适用于钠离子动力电池的发展要求。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种碲化铁/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、寿命长等优点，在众多便携式电子设备和高能量存储系统中得到了广泛应用。然而由于锂资源的有限性和成本的高企，锂电池的大规模储能面临着不可避免的挑战。作为锂离子电池的潜在替代品，钠离子电池因其丰富且容易获得的钠化合物而受到广泛关注。此外，钠离子电池的电化学氧化还原电位和电化学反应机理与锂离子电池相同。大多数在锂离子电池中研究的负极材料都是钠离子电池的候选材料。到目前为止，各种金属硫族化合物、磷化物和氮化物已被探索作为钠离子电池的负极材料。过渡金属硫族化合物(过渡金属硫族化合物，tmc)以其成熟的合成途径和优异的电池性能在锂电池和钠电池中受到越来越多的关注。近年来，大量的硫化物和硒化物作为钠离子电池的负极材料被广泛研究。与硫化物和硒化物相比，碲化物具有更高的电导率和更大的层间距。同时，由于其密度大(6.24g cm^-3)，碲具有约2621mAh cm^-3的体积容量，使碲基材料在可充电电池的应用方面成为可能。然而，这些材料在充放电过程中由于其固有导电性差和动力学迟滞，电化学稳定性较差。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，开发高效的电极材料以满足各种可再生能源存储系统对高性能电极日益增长的需求，本发明的首要目的在于提供一种碲化铁/碳纳米纤维复合材料。

本发明的又一目的在于提供一种上述碲化铁/碳纳米纤维复合材料的制备方法；该方法是通过静电纺丝技术制备一维纳米纤维，再通过高温的碳化与碲化形成的FeTe₂/CNFs复合材料，制作工艺简便，且所得表现出高比容量，长循环寿命。

本发明的再一目的在于提供一种上述碲化铁/碳纳米纤维复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种碲化铁/碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)配制静电纺丝前驱体溶液，所述前驱体溶液由高分子聚合物碳源、溶剂和金属铁盐组成；

(2)将步骤(1)所得静电纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；

(3)将步骤(2)所得的静电纺丝前驱体溶液在空气中进行煅烧，得到预氧化纤维膜；

(4)将步骤(3)所得的预氧化纤维膜在惰性气氛下进行加热碲化和碳化，得到均匀稳定的碲化铁/碳纳米纤维膜。

步骤(1)所述高分子聚合物碳源和溶剂的重量比为1:5～1:10；所述金属铁盐和高分子聚合物碳源的质量为1:(10～15)。

步骤(1)所述高分子聚合物碳源为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯酮和聚丙烯醇中的至少一种。

步骤(1)所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺和乙腈中的一种。

步骤(1)所述金属铁盐为二茂铁、硝酸铁、乙酸铁和氯化铁中的一种。

步骤(1)所述金属铁盐的质量为0.5～1.0g