[发明专利]一种二硒化钴/碳纳米材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，更具体地，涉及一种二硒化钴/碳纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池作为最具潜力的能量存储系统，具有高能量密度、质量轻和长循环寿命的优势。为了满足下一代锂离子电池大范围应用于便携式的电子设备和电动汽车，新型高能密度的材料一直被不断的研发。碳基材料作为一个传统的锂离子负极材料已经得到了工业化的应用，然而很低的理论容量(372mAh/g)和安全问题仍然是其致命的缺点。因此人们一直致力于寻找一种新的高容量电极材料。

相比于金属氧化物，CoSe₂通常具有高导电率、高容量的优点。但是如果将CoSe₂作为锂离子电极材料，在充放电过程中，CoSe₂会在锂离子的嵌入脱出过程中发生氧化还原反应，导致体积的膨胀和崩塌，从而使得CoSe₂材料逐渐粉末化，使得锂离子电池的循环稳定性和倍率性能较差。因此，成功制备循环稳定的CoSe₂锂离子电极材料是现今面临的一个重要的难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二硒化钴/碳纳米材料，其目的在于在CoSe₂层表面附着无定形碳层，从而提高CoSe₂材料的循环稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，包括基底、厚度为1μm～2μm的CoSe₂层以及厚度为1nm～10nm的无定形碳层，所述CoSe₂层生长于所述基底表面，呈现三维片状结构，所述CoSe₂层与所述无定形碳层的质量比为90:1～1800:1，所述基底为钛片或钛丝，所述无定形碳层附着于所述CoSe₂层表面，用于提高所述纳米材料的循环稳定性。

优选地，所述无定形碳层的厚度为5nm～8nm。

优选地，所述CoSe₂与所述无定形碳的质量比为180:1～540:1。

作为进一步优选地，所述CoSe₂层与所述无定形碳层的质量比为245:1～395:1。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将三维片状的CoSe₂在0.05mol/L～0.2mol/L的蔗糖溶液中浸泡0.5h以上，使得所述CoSe₂表面充分附着蔗糖溶液，所述CoSe₂生长于基底表面，且厚度为1μm～2μm，所述基底为钛片或钛丝；

(2)将步骤(1)得到的附着蔗糖溶液的CoSe₂在保护气体氛围下400℃～500℃锻烧，使得所述CoSe₂表面的蔗糖溶液中的水分蒸发，蔗糖碳化成为无定形碳，即获得所需纳米材料。

优选地，在所述步骤(1)中，浸泡的同时在180℃～220℃密封加热，使得所述蔗糖溶液中的蔗糖发生缩合反应。

优选地，在步骤(1)之前，还包括CoSe₂的制备：

首先，将硒前驱体液在180℃～220℃密闭加热10h～24h，使得硒前驱体液中的硒粉与OH^-反应生成Se_x^-，1.5≤x≤2；所述硒前驱体液包括0.08％～0.8％的均匀悬浮的硒粉以及0.1mol/L～3mol/L的OH^-；然后，将生长有直径为20nm～80nm的Co₃O₄纳米线的基底与所述硒前驱体液在140℃～220℃反应8h～24h，然后在140℃～220℃密闭加热8h～24h，使得Co₃O₄纳米线与Se_x^2-反应生成CoSe₂，得到生长有三维片状的CoSe₂层的基底。

优选地，所述Co₃O₄纳米线的直径为20nm～80nm。

按照本发明的另一方面，还提供了一种包括上述二硒化钴/碳纳米材料的锂离子电池负极。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于在三维片状的CoSe₂层表面附着无定形碳层，能够取得下列有益效果：