[发明专利]一种异原子掺杂碳包覆二维金属硒化物纳米片复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种异原子掺杂碳包覆二维金属硒化物纳米片复合材料的制备方法及其在低温钠离子电池中的应用，以NiSe₂为例进行说明，将β‑Ni(OH)₂@PDA NSs中间产物在高纯氮气保护下，进行热处理得到NiO@N‑C NSs。然后将NiO@N‑C NSs与硒源混合，用真空固相法合成NiSe₂@N‑C NSs。最后向得到的NiSe₂@N‑C NSs中加入硫源和硼源，在乙醇中超声分散均匀后水浴加热回流得到NiSe₂@N，S，B‑C NSs。该方法制得的氮、硫、硼共掺杂的碳包覆二维金属硒化物纳米片复合材料用作低温钠离子电池负极材料时展现出优异的低温储钠性能，因此在低温钠离子电池中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池复合负极材料的制备技术领域，具体涉及一种异原子掺杂碳包覆二维金属硒化物纳米片复合材料的制备方法及其在低温钠离子电池中的应用。

背景技术

钠离子电池由于钠资源丰富、安全性能好，价格低廉等优点吸引了人们的广泛关注，同时由于钠元素与锂元素处于同一主族，物理化学性质相似，且钠离子电池与锂离子电池有类似的充放电机理，因此钠离子电池被认为是发展新能源、实现规模化储能极具潜力的二次电池。所以人们迫切希望用钠离子电池代替或者部分代替锂离子电池，将钠离子电池应用到极端环境，例如低温环境，但是低温环境会使电池的内阻加大，放电电压平台降低，可充放电容量减少，电池的充放电效率明显降低，且对电池本身有一定的损害。因此，寻找新型高性能低温钠离子电池负极材料变得非常迫切。在低温钠离子电池中，研发新型高性能的负极材料是提升钠离子电池性能的有效策略。在金属硒化物中基于多电子转化机理的NiSe₂作为负极材料时具有更好的机械稳定性、电极动力学、热稳定性和更高的电导率，在二次电池领域吸引了研究者们对其储能性质探索的兴趣。然而，由于NiSe₂在循环期间大的体积变化、缓慢的动力学、差的倍率和循环性能，极大的阻碍了其优异电化学性能的实现。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种异原子掺杂的碳包覆二维金属硒化物纳米片(如NiSe₂@N,S,B-CNSs，N,S,B-C是氮、硫、硼共掺杂的碳，NSs是nanosheets的缩写)复合材料的制备方法，该方法制得的氮、硫、硼共掺杂的碳包覆二维金属硒化物纳米片复合材料用作低温钠离子电池负极材料时展现出优异的低温储钠性能，因此在低温钠离子电池中具有较好的应用前景。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种异原子掺杂碳包覆二维金属硒化物纳米片复合材料的制备方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1：将CTAB和镍源加入到乙醇和水的混合溶液中，超声搅拌以形成均匀溶液，然后将溶液转移到不锈钢高压釜中于150-200℃水热反应20-30h得到β-Ni(OH)₂NSs前驱体,其中镍源为乙酸镍、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或氢氧化镍中的任意一种或其任意比例的混合物；

或者将乙酸乙酯加入KMnO₄水溶液中并放入圆底烧瓶中，在80-85℃水浴条件下回流，在完全排出粉红色的KMnO₄后，通过分液漏斗分离得到棕色MnO₂NSs前驱体；

或者将SnCl₂`2H₂O、CTAB和六亚甲基四胺依次加入到乙醇和水的混合溶液中混合均匀并转移到圆底烧瓶中，将混合溶液在2min内从室温快速加热至85-95℃，冷却至室温后通过离心分离法在120℃干燥，最后热处理后即可得到SnO₂NSs前驱体；