[发明专利]多孔结构的双金属硒化物Fe2

说明书

本发明公开了一种多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄材料及其制备方法和应用。将铁的离子盐、钴的离子盐在有机溶剂中进行溶剂热反应形成铁钴前驱体，然后进行硒化处理得到半径200～260nm的多孔球状材料，其比表面积为81.21m²g^‑1，能有效容纳充电过程中负极材料的体积变化。该材料所拥有的介孔性质和大的比表面积可以较好地提升材料的导电性，并容纳充放电过程中电极材料的体积变化，从而产生良好的电化学性能。以该材料作为钠离子电池的负极材料显示出优良的循环稳定性，容量保持率好，容量衰减慢。

技术领域

本发明涉及钠离子电池负极材料，特别涉及一种纳米多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄材料及其制备方法。

背景技术

钠离子电池是一种通过钠离子在正负极电极材料之间的嵌入与脱嵌过程实现充放电的电池。钠离子电池与锂离子电池相比，钠的储量更加丰富、分布更加广泛、成本更加低廉，并且与锂具有相似的理化性质，有望在大规模的储能器件应用中取代传统的锂离子电池。

尽管钠离子电池具有上述优势，然而依然存在如下问题：1、钠离子的质量较重且半径更大，导致钠离子在电极材料中脱嵌较慢，从而影响电池的循环性能与倍率性能；2、钠的氧化还原电位较低，导致钠离子电池的能量密度相比于锂离子电池更低。

解决上述问题的方法通常可以从钠离子电池负极材料的设计方面入手。例如，可以采用磷、锡、锑、三氧化二铁与二硫化钼等作为相应的负极材料，从而可提高钠离子电池的比容量，并在一定程度上解决钠离子电池循环性能与倍率性能不佳等问题。

上述方法虽能在一定程度上提高钠离子电池的循环性能，然而提高幅度有限，主要原因可能在于上述材料并不能有效地容纳充放电过程中伴随着钠离子的嵌入与脱出造成的负极材料的体积变化，因此导致电极结构的坍塌，使循环性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠离子电池负极材料，能有效容纳充电过程中负极材料的体积变化。本发明所提供的钠离子电池负极材料是一种多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄材料，该材料所拥有的介孔性质和大的比表面积不仅增加了钠离子和表面的相互作用，而且通过减少离子传输距离提高了电子的导电性，因此，该材料在提高钠离子电池的电化学性能方面扮演着非常重要的角色。

本发明多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄材料是通过将铁的离子盐、钴的离子盐在有机溶剂中进行溶剂热反应形成铁钴前驱体，然后将铁钴前驱体进行硒化处理得到的。该多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄材料为半径200～260nm的多孔球状材料，其比表面积为81.21m²g^-1。拥有相对较大的比表面积，对于钠离子的存储是非常有利的。

本发明所提供的多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将钴的离子盐、铁的离子盐和丙三醇在有机溶剂中进行溶剂热反应；

2)将溶剂热反应的产物进行硒化处理。

上述步骤1)中所述钴的离子盐例如硝酸钴、氯化钴、溴化钴、硫酸钴、醋酸钴等；所述铁的离子盐例如硝酸铁、氯化铁等。通过控制步骤1)反应体系中钴盐的使用量，可以在步骤2)实现不同组份的多孔结构的铁钴硒化物材料的合成，当铁和钴的摩尔比为3:1左右的时候能完全转化为多孔结构的双金属硒化物Fe₂CoSe₄纳米材料。