[发明专利]一种用于钠离子电池的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钠离子电池的硒化锡/氧化石墨烯负极材料的制备方法，属于钠离子电池领域。

背景技术

锂离子电池是目前占主导地位的电化学储能系统，随着个人电脑、摄像机、手机等移动设备的急速普及，以及在电动车、混合动力汽车方面良好的应用前景，导致锂电池的需求不断增大，锂的价格升高、蕴藏量受限等成为批量生产、大型商业化的瓶颈。钠离子电池由于资源蕴藏量丰富、成本低受到了广泛关注，钠离子电池的研究开发在一定程度上可缓和因锂资源短缺引发的电池发展受限问题。然而由于钠离子的离子半径(0.102nm)要比锂离子的离子半径(0.76nm)大很多，使得钠离子在电池材料中嵌入与脱出比锂离子更加困难，正、负极材料是电池的核心部件，其性能直接决定了电池的电化学性能，因而，开发性能优异、价格低廉的钠离子电池正负极材料将成为今后的研究重点，也是目前钠离子电池发展的一个重大挑战。

硒化锡(SnSe)是一种重要的IV-VI族化合物半导体，作为一种含量丰富、环境友好且化学稳定的材料，在阻变存储器、红外光电器件和太阳能电池等领域得到广泛的应用，但是硒化锡作为钠电负极材料则少有人报道。研究发现，SnSe也有着很高的理论储钠比容量(780mAh/g)，但是由于其本身电子/离子电导率很低，以及在脱嵌钠的过程中存在严重的体积膨胀，导致其循环稳定性极低。目前，有效减缓容量快速衰减的方法一般是将活性材料与其它基体材料进行复合或者合成特定形貌的活性材料。而到目前为止，还没有任何将氧化石墨烯与SnSe复合制备复合材料的技术，更没有相关复合材料作为钠电池负极材料的相关报道。

发明内容

针对现有的钠离子电池材料存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有片状形貌的纳米硒化锡均匀生长在氧化石墨烯表面的结构，可用于制备具有高放电比容量、优异倍率性能和长循环寿命等特点的钠离子电池的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种工艺简单、重复性好，成本低廉，环境友好的制备硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料的方法。

本发明提供了一种用于钠离子电池的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料，该复合材料由纳米硒化锡均匀生长在氧化石墨烯表面构成。

优选的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料中纳米硒化锡的质量占纳米硒化锡和氧化石墨烯总质量的55～90％。

优选的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料中纳米硒化锡形貌为片状，片层厚度为5～20nm。纳米硒化锡的形貌均匀，且厚度可以在适当的范围内调控。

进一步优选的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料中纳米硒化锡是以锡盐和亚硒酸盐为原料通过水热反应生成纳米硒化锡并沉积生长在氧化石墨烯表面得到。

优选的硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料比表面积为200～600m²g^-1。

本发明还提供了一种制备硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料的方法，该方法是将氧化石墨烯粉体超声分散在水和乙二醇的混合溶液中得到分散液，在所述分散液中加入表面活性剂、锡盐和亚硒酸盐并搅拌至充分溶解后，于160～220℃温度下进行水热反应，水热反应产物置于具有保护气氛的管式炉中，升温到500～800℃温度下进行热处理，即得。

本发明的制备硒化锡/氧化石墨烯负极复合材料的方法还包括以下优选方案：

优选的方案中水热反应时间为10～24h。

优选的方案中热处理时间为3～12h。

优选的方案中水和乙二醇的体积比为1:2～4。

优选的方案中锡盐和亚硒酸盐的摩尔比为1:1。

优选的方案中亚硒酸盐和表面活性剂的质量比为1:0.1～0.5。

优选的方案中亚硒酸盐与氧化石墨烯的质量比为1:0.1～1。

进一步优选的方案中锡盐为五水四氯化锡(SnCl₄·5H₂O)或二水氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)。

进一步优选的方案中亚硒酸盐为亚硒酸钠(Na₂SeO₃)。

进一步优选的方案中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基磺酸钠(PVP)、聚乙烯吡咯烷酮(SDS)中的至少一种。