[发明专利]XS2@YSe2核壳结构的钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及XS₂@YSe₂核壳结构电极材料的制备方法，其中X、Y系过渡金属元素，属于钠离子电池材料技术领域，利用两步溶剂热法合成了新型的XS₂@YSe₂电极材料，作为典型的例子，特别制备了FeS₂@FeSe₂电极材料并进行了详细的测定。该制备方法操作简便、周期短、成本低；作为典型的例子发明制备的FeS₂@FeSe₂电极材料具有大的比容量、超长的循环寿命、优异的倍率性能、使用安全、成本低和环境友好等特点，展现出了广阔的应用前景，有效克服了碳包覆的核壳结构电极材料的缺点。

技术领域

本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及XS₂@YSe₂核壳微球电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、高低温适应性强和绿色环保等特点而被广泛的研究和应用。然而由于锂资源在地壳中的含量很少(约为0.0065％)，并且人们对于智能电网、便携式电子产品和电动汽车的需求不断的增大，这就使得锂资源出现严重的匮乏并导致了锂离子电池价格的持续上涨。相比于金属锂而言，金属钠和锂处在同一主族从而表现出了相似的物理化学性质。同时钠资源储量丰富、分布广泛且价格便宜使得钠离子电池作为锂离子电池潜在的替代者受到研究者的青睐。但是钠离子电池相比于锂离子电池也存在着致命的缺点，它的半径是锂离子半径的1.34倍，使其在脱嵌过程中会造成电极材料晶格结构的形变以及材料形貌结构的坍塌，从而表现出了难以令人满意的性能。因此寻求具有较大层间距的电极材料具有重要的意义。

对于层状结构的碳材料而言，它们已经被广泛的应用于商业的锂离子电池中，但是当它作为钠离子电池负极的时候由于层间距较小很难实现钠离子的可逆脱嵌，使其拥有相对较低的比容量。而过渡金属硫族化合物如CoSe，MoS₂，WS₂和FeS₂等由于具有和石墨类似的层状结构并且价格便宜、容易获得等特点被认为是一类很有前景的钠离子电池材料。而且这类材料作为钠离子电池负极时不仅每摩尔的金属离子能够与多个电子发生反应，而且存在着转换和合金反应机理，使得它们具有迷人的理论容量。但是美中不足的是当钠离子在这些材料中可逆脱嵌时会使得材料产生巨大的体积膨胀，造成电极材料与电解液之间的接触面积丢失，同时电极材料结构的坍塌导致钠离子脱嵌的动力学也会受到明显的影响，最终使得电极材料的容量和寿命出现快速的衰减。最近，研究者们热衷于利用碳材料包覆过渡金属硫化物从而构建核壳的异质结构去解决上述存在的问题。比如说，Cho等人制备了碳包覆的FeSe₂@rGO 复合纳米纤维材料作为钠离子电池负极循环150圈后获得了412mAh g^-1。但是这些碳包覆的材料的循环寿命仍然低于2000圈，无法满足大规模的商业化生产。此外，碳材料作为电极材料的组成单元由于低的理论容量和振实密度会阻碍复合物材料的进一步发展。因此，构建一个由两种不同过渡金属硫族化合物组成的核壳结构材料将能够很好的结合它们各自的优点进而克服当前碳包覆的核壳结构电极材料的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了XS₂@YSe₂核壳结构的钠离子电池负极材料的制备方法，制备的电极材料能够提供优异的钠储存性能，具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

XS₂@YSe₂核壳结构的钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用溶剂热法制备XS₂微米球中间产物作为基本材料；

(2)将步骤(1)中所得的中间产物加入到含有X或Y源和硒源的前驱体溶液中，并通过溶剂热法获得XS₂@YSe₂核壳微球电极材料；