[发明专利]一种镍化钴催化管内结构贯通的内部高缺陷碳纳米管复合材料及其应用

说明书

本发明公开了一种镍化钴催化管内结构贯通的内部高缺陷碳纳米管复合材料及其应用，在掺杂有内部缺陷CoNi/C纳米管内部缺陷处固相负载有硒；CoNi@Se/C纳米管材料呈现结构贯通的竹节状的碳管；一种含有CoNi@Se/C纳米管材料的钠硒电池正极，以及一种包含所述的钠硒电池正极的钠硒电池；本发明通过在CoNi碳纳米管材料内部固相负载Se，从而得到CoNi@Se/C，本发明的CoNi@Se/C材料具有优异的钠离子存储性能，充放电容量高且倍率性能佳，可显著提升材料在充放电过程中的导电性和结构稳定性。

技术领域：

本发明属于电池技术领域，涉及电池电极材料，具体涉及一种镍化钴催化管内结构贯通的内部高缺陷碳纳米管复合材料及其应用。

技术背景：

电化学储能技术的应用有效的解决了清洁能源的存储、利用和转换方面的问题，在未来具有广阔的发展前景。目前锂离子电池由于其本身优异的性能比如能量密度高、能量转换率高和安全性好等优点被广泛应用于电化学储能领域。但是随着锂离子电池相关研究的不断进行，锂离子电池的容量已经出现了难以提升的情况。为了满足不断发展的大型储能设备的需求，我们开始将目光转移到其他的电池体系。可充电Na-Se电池由于其高的能量密度和低成本被认为是十分有发展前景的下一代电池。在Na-Se电池中，由Se作为电池正极，钠片作为负极。但是硒在充放电过程中的体积膨胀大和多硒化物穿梭效应的问题，导致了这种体系的电池无法达到其理论容量。研究Na-Se电池中硒合适的载体，解决体积膨胀和穿梭效应问题是至关重要的。

碳纳米管是一种常见的软碳材料，碳纳米管具有良好的石墨化结构，导电性能十分优异。同时，碳纳米管本身具有良好的机械强度，将硒负载在碳纳米管组成的一维网络中可以有效的抑制充放电反应过程中的体积膨胀和穿梭效应的问题。然而碳纳米管本身的管径较小，将硒负载在管的内部较为困难，而且碳纳米管表面缺陷少，硒的固定困难。若能发明技术通过限域方法将碳纳米管的管径增大，增加缺陷加强碳纳米管对Se元素的的固定能力，则有望推广该材料在Na-Se电池电极材料领域中的应用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种镍化钴催化管内结构贯通的内部高缺陷碳纳米管复合材料，使电池结构更加稳定，增加了电池的负载量，从而提高电池的倍率与循环性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种镍化钴催化管内结构贯通的内部高缺陷碳纳米管复合材料，在掺杂有内部缺陷CoNi/C纳米管内部缺陷处固相负载有硒。

本发明还具有如下技术特征：

CoNi@Se/C纳米管材料为结构贯通的竹节状的碳管。

优选的，所述的CoNi/C和硒的质量比为1:4或2:3。

进一步的，本发明提供上述CoNi@Se/C纳米管材料的制备方法：

步骤一：按比例称取钴源、镍源和碳源并充分混合、研磨；

步骤二：将研磨后产物盛于坩埚内，放置于反应器内，在惰气气氛下，以5～20℃/min的升温速率匀速升温，温度控制在300～700℃，将产物自然冷却并进行收集；

步骤三：将步骤二的产物在硝酸中静置，腐蚀12h，分离出剩余固体，烘干；

步骤四：将步骤三所得产物与硒粉按比例混合，在密封手套箱惰气气氛下置于反应釜内，在均相反应仪中加热至260℃，保温12h，得到产物CoNi@Se/C。

优选的，所述的钴源、镍源为分析纯的硝酸钴和硝酸镍。

优选的，所述的碳源为尿素、三聚氰胺或葡萄糖。

优选的，所述的钴源、镍源和碳源的重量比为：0.5：9.5：20、1：9：20或3：2：:10。

所述的坩埚为石英坩埚或氧化铝坩埚。