[发明专利]一种硒化铁/碳复合材料及其应用

说明书

本发明涉及一种硒化铁/碳复合材料及其应用，所述硒化铁/碳复合材料含有硒化铁和碳，所述硒化铁/碳复合材料呈均匀的片层状结构，并且片层结构中均匀分布有孔状结构。

技术领域

本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种硒化铁/碳复合功能陶瓷、以及前驱物原位包覆制备硒化铁/碳复合功能陶瓷的制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池是发展前景最好的高能电池体系，但随着数码、交通数码等产业对锂离子电池依赖性加剧，锂将面临资源严重短缺的问题。钠离子电池的研究和开发可以在一定程度上缓解由于锂资源短缺导致的电池的有限发展。如果在此基础上研制出电池性能优良、安全稳定的电极材料，钠离子电池比锂离子电池具有更大的市场竞争优势。金属硒化物作为金属硫化物的一类，由于硒原子比硫原子直径更大、金属性更强，使得金属硒化物较金属硫化物具有更大的层间距和更高的导电率。二硒化铁FeSe₂的能隙(Eg＝1.0eV)较窄，电导率较高，与FeS₂晶体类似，具有应用于钠离子电池的潜力。其他的硒化铁化合物同样具有类似的电化学储钠活性，因此金属硒化物的研究目前还需要不断探索与挖掘。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电化学性能优异的硒化铁/碳复合材料及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供一种硒化铁/碳复合材料，所述硒化铁/碳复合材料含有硒化铁和碳，所述硒化铁/碳复合材料呈均匀的片层状结构，并且片层结构中均匀分布有孔状结构。

根据本发明，硒化铁/碳复合材料呈均匀的片层状结构，并且片层结构中均匀分布有孔状结构，这种片层状多孔结构可有效促进电解液扩散至材料表面，使得电荷转移速度加快，同时保证电荷向活性组分的迁移路径显著缩短，电荷可以快速迁移实现电化学反应，与常见的球状结构相比，多孔片层结构一方面保证了活性组分能够与电解液充分接触，另一方面片层结构不同区域间相连，可在片层表面实现电荷迁移，不会遇到球状结构彼此之间的电荷转移受界面阻碍的情况。因此本发明中材料在充放电过程中有较高的理论容量，倍率性能好且具有较好的循环稳定性。

较佳地，硒化铁被碳包覆形成球状形貌同时生长于片层结构间，形成原位碳包覆的硒化铁复合陶瓷材料结构。

较佳地，所述硒化铁/碳复合材料中，硒化铁和碳的质量比为7：1～3：1。

较佳地，所述片层状结构中的片的尺寸为200nm～3μm，厚度为10～50nm。

较佳地，所述孔状结构中的孔径为5～30nm。

较佳地，所述硒化铁为FeSe、FeSe₂和Fe₇Se₈的一种或几种混合物。

第二方面，本发明提供上述硒化铁/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将多巴胺源与铁源添加至对多巴胺源溶解且对铁源不溶的溶剂中，混合均匀后除去溶剂，得到粉体A；

(2)将粉体A在真空下于400～700℃热解，得到粉体B；

(3)将粉体B与硒粉混合，在600～900℃下热解，得到硒化铁/碳复合材料。

本发明利用液相包覆法和高温固相法，在较短的时间、较高的温度下由多巴胺源和铁源通过高温固相反应制备出具有片层状多孔结构形貌的前驱体，再通过固相硒化处理得到形貌均匀的片层状多孔结构铁硒化合物/碳复合材料，有利于增强该材料的导电性。该制备方法操作简单、成本低廉、安全无毒，有望实现工业化生产。

较佳地，所述多巴胺源选自多巴胺、多巴胺盐中的至少一种，优选地，所述多巴胺盐为盐酸多巴胺。

较佳地，所述铁源为铁有机酸盐，优选自草酸铁、乙酸铁、草酸高铁铵、柠檬酸铁铵中的至少一种。