[发明专利]一种硒化钴/石墨碳复合材料的制备方法

说明书

一种硒化钴/石墨碳复合材料的制备方法是以Co(NO₃)₂·6H₂O、2‑甲基咪唑、甲醇、硒粉为原材料，分别经过多面体形金属有机骨架化合物ZIF‑67的制备、基于MOFs模版构筑硒化钴/石墨碳复合材料的制备等步骤制得。本发明制备的ZIF‑67为菱形十二面体，其骨架粒径小、可控制在300nm左右且均匀，比表面积大，整体分布也均匀。本发明复合材料，结晶度高，具有较高的比表面积和多孔性，可形成均相分布，制备骨架粒径小，整体分布均匀；同时，触电容量大，寿命长，具有优良的储锂性能，最多可经过200次充放电循环后不衰减，使用过程稳定性好，不会出现电流忽大忽小的状况，且产物纯度高，本发明制备方法产量高、可达高70%以上，制备工艺简单可行，值得市场推广。

技术领域

本发明涉及属于新材料技术领域，具体涉及一种硒化钴/石墨碳复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有高能量密度、长循环寿命、环境友好性等优点，从众多新能源中脱颖而出，在移动电子设备、新能源汽车等领域具有广泛的应用。然而，目前商业化锂离子电池的负极材料为石墨，石墨的理论容量仅为372mAh/g，无法满足电动汽车等大型电子设备的容量需求，限制了锂离子电池的应用及发展。因此科学家发展了多种负极材料用以提高锂离子电池的容量，例如炭材料、过渡金属氧化物、过度金属硫化物、过渡金属硒化物等。

相比于过渡金属氧化物和过渡金属硫化物，过渡金属硒化物不仅具有高的体积比容量和质量比容量，且电压平台低，极化小，具有较好的导电性，是一种比较有潜力的锂离子电池负极材料。然而，和过渡金属氧化物类似，过渡金属硒化物在充放电过程中，由于锂离子的嵌入和脱出，会发生巨大的体积变化，从而使活性物质破碎粉化，导致活性物质与集流体脱离，失去电接触，造成容量衰减和循环性能降低。此外，过渡金属磷化物的电子导电性较差，阻碍了电子在活性材料内部的快速转移，限制了其电化学响应，导致其快速充放电能力和倍率性能较差。

目前，改善过渡金属硒化物储锂性能的研究主要集中在两个方面，一种是将过渡金属硒化物与石墨烯、碳纳米管等炭材料进行复合，利用炭材料优异的导电性和机械性能，改善过渡金属硒化物的导电性并吸收循环过程中因体积膨胀所产生的应力；另一种是制备具有纳米尺度和多孔结构的过渡金属硒化物，扩大材料的比表面积，增大电极材料与电解液的接触面积，缩短电子和锂离子的扩散路径，并缓冲体积膨胀所产生的应力。综上所述，硒化钴/石墨碳复合材料的制备依然存在产量低，结晶度低，无法形成均相分布，触电容量小，寿命短，使用过程稳定性差，出现电流忽大忽小的状况等技术问题亟需解决。

发明内容

本发明目的在于提供一种性能优异的硒化钴/石墨碳复合材料的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种硒化钴/石墨碳复合材料的制备方法，其特征在于，它是以Co(NO₃)₂·6H₂O、2-甲基咪唑、甲醇、硒粉为原材料，分别经过多面体形金属有机骨架化合物ZIF-67的制备、硒化钴/石墨碳复合材料的制备等步骤。

具体地说，上述多面体形金属有机骨架化合物ZIF-67的制备是取Co(NO₃)₂·6H₂O和2-甲基咪唑分别溶解于甲醇中，然后将Co(NO₃)₂·6H₂O溶液加入2-甲基咪唑溶液中，搅拌12~30min，搅拌结束后置于20~25℃温度条件下放置20~24h，然后将产物进行离心分离，离心取沉淀，用甲醇洗涤沉淀3次，然后置于55~65℃空气中干燥12~15h，即得多面体形金属有机骨架化合物ZIF-67；其中，所述离心机转速为12000~16000转/min，离心时间为3~7min，所述沉淀与甲醇的质量比为1：100~150。