[发明专利]一种水溶性金属硒化物纳米粒子、制备方法及其应用

说明书

一种水溶性金属硒化物纳米粒子、制备方法及其在锂电池负极材料方面的应用，属于锂离子电池负极材料技术领域；是将氯化亚铜、氯化锡、油胺和油酸在室温搅拌均匀，在220～230℃下将二苯基二硒醚的油胺溶液快速注入其中，235～250℃下反应5～30分钟，自然冷却至室温得到油溶性金属硒化物纳米晶；将乙醇和3‑巯基丙酸混合，室温搅拌均匀，然后调节反应液的pH＝10～11；在室温条件下，超声反应液和油溶性金属硒化物纳米晶甲苯溶液的混合液，加入丙酮后离心，沉淀洗涤真空干燥后得到水溶性金属硒化物纳米粒子，粒径约20～30纳米。本发明方法制备工艺简单，工艺重复性好，产物结构稳定，导电性好，具有充放电比容量高，高倍率，循环充放电稳定等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种水溶性金属硒化物纳米粒子、制备方法及其在锂电池负极材料方面的应用。

背景技术

以煤炭、石油、天然气等化石能源为主的能源结构已经引发严重的能源短缺、资源争夺、气候变化与环境污染等问题，影响并威胁着人类的生存与社会的发展。在诸多储能设备中，二次锂离子电池由于其高能量密度、较长的循环寿命、成本低和环境安全等优点，在便携电子设备，如笔记本电脑、手机等中被大量应用。目前商业化的锂离子电池广泛使用的负极主要是石墨类材料，但石墨理论容量低(330mAh g^-1)，很难满足电动汽车动力电源和太阳能、风能等新能源等大型储能设备的要求。因此开发具有高理论容量、高循环稳定性和良好的倍率性能的新型负极纳米材料，突破能源发展的技术瓶颈，对维持能源的可持续性发展具有极其重要的意义

锡基负极材料具有理论容量高，安全性能高等优点，成为可替代石墨的理想锂离子电池负极材料。但是，纯的锡基材料在嵌锂和脱锂过程中会发生较大的体积膨胀，导致电池循环充放电稳定性降低。并且自身导电性差和不可逆容量大等问题会制约这类材料的实际应用。目前解决这个关键问题的措施主要是与一些非活性C、石墨烯、金属等导电率较好材料进行物理或化学复合，抑制体积的膨胀的同时，提高电极材料的导电率，从而改善电极材料性能。这种方法虽然可以一定程度上提高导电性，提供有效缓冲体积膨胀的空间，但由于复合材料制备过程复杂，成本高，商业化进程缓慢。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的不足，提供了一种新型水溶性金属硒化物纳米粒子锂电池负极材料、制备方法及其应用。其制备工艺简单，环保，成本较低。解决了现有制备方法中需要复合碳材料的问题，且材料具有高充放电比容量高和高循环稳定性。

本发明所述的一种水溶性金属硒化物纳米粒子，其为正六面体型，纤锌矿型结构，分子式为Cu₉Sn₂Se₉，平均粒径约30～40纳米，其制备步骤如下：

a.将二苯基二硒醚与油胺混合，室温磁力搅拌均匀，得到亮黄色、稳定透明、浓度为0.05mol/L～0.15mol/L的二苯基二硒醚油胺溶液；

b.将金属盐与油胺、油酸在氮气保护下混合，磁力搅拌均匀，得到金属盐油胺油酸反应混合溶液；其中所述的金属盐为氯化亚铜和氯化锡的混合，氯化亚铜、氯化锡与二苯基二硒醚的摩尔用量比为1：0.5～1：1～1.5，油酸与油胺的体积比为1～2：4，反应混合溶液中氯化亚铜的浓度为0.01mol/L～0.02mol/L；

c.在220～230℃下，将步骤a得到的二苯基二硒醚油胺溶液快速注入到金属盐油胺油酸反应混合溶液中，在235～250℃下反应5～30分钟，自然冷却至室温，得到表面未修饰的金属硒化物纳米晶粗产品溶液；

d.向步骤c得到的金属硒化物纳米晶粗产品溶液中加入乙醇后离心，所得沉淀分别用甲苯和乙醇洗涤多次，除去反应产物中未参加反应的物质，然后将产物分散在甲苯中，得到分散性良好的油溶性金属硒化物纳米晶的甲苯溶液；