[发明专利]一种锂/钠离子电池负极材料四硒化三镍/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂/钠离子电池负极材料四硒化三镍/碳复合材料及其制备方法。该方法的步骤如下：1）将六水合氯化镍、柠檬酸和尿素共同置于乙醇和水的混合液中，水浴加热搅拌后干燥，获得镍盐前驱体；2）将镍盐前驱体先去除有机物，再高温碳化处理，获得镍/碳复合材料；3）将镍/碳复合材料研磨成镍/碳粉末后置于水中超声分散得溶液A，将硒粉加入到水中磁力搅拌，并加入硼氢化钠，得到溶液B；4）将溶液B加入溶液A中，水热反应后冷却，过滤、洗涤、干燥，获得Ni₃Se₄/C复合材料。利用该复合材料组装的锂电池和钠电池，可以同时实现高容量、高倍率、高首次库伦效率和高稳定性。

技术领域

本发明涉及电池负极材料的制备方法，具体涉及一种锂/钠离子电池负极材料四硒化三镍/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料减少和气候变化等问题的产生，可持续发展和环境保护成了人们的重大课题，越来越多的研究人员积极开发高效、清洁的新能源。自20世纪90年代初日本索尼公司成功研发了锂离子电池以来，锂离子电池由于重量较轻，工作电压高，能量密度较大，循环寿命长而成为二次能源市场的主力军，并广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、电动汽车等储能领域。电动汽车等新兴技术产业的兴起为锂离子电池带来更广阔平台的同时，也让锂陷入了资源紧缺的困境。而钠元素资源丰富，价格低廉，安全性能好，物理化学性质和锂离子相似，如果能用钠代替锂元素进军储能领域，可大程度解决锂元素资源短缺的情况。

负极材料作为锂/钠电池的重要组成部分，是电池容量的主要贡献者。目前锂离子电池常见的负极材料有碳基材料、过渡金属氧化物、金属及其合金等。由于钠离子的离子半径大于锂离子，一些常见的锂电负极材料无法满足钠离子的可逆脱嵌。目前所研究的钠离子电池负极材料主要有：碳基负极、钛基氧化物负极、合金类负极、过度金属硫化物负极、过渡金属磷酸盐类负极。而过渡金属硫族化合物由于理论容量较高，层间距较大，导电性较好被认为是有潜力的一类钠电负极材料。其中，硒化物的突出表现使其逐渐成为负极材料的热门研究方向之一。由于硒化物种类繁多，常见的有NiSe、Ni_0.85Se、Ni₃Se₄ 和NiSe₂，为了更好提高硒化物的电化学性能，如何可控制备特定组成的硒化物成为当前急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂/钠离子电池负极材料四硒化三镍/碳复合材料及其制备方法，该方法可以有效并且可控的制备Ni₃Se₄/C，提升负极材料的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂/钠离子电池负极材料Ni₃Se₄/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将六水合氯化镍、柠檬酸和尿素共同置于乙醇和蒸馏水的混合液中，得到混合溶液，将该混合溶液水浴加热搅拌获得绿色凝胶，将所述凝胶置于烘箱中干燥，获得纳米片状镍盐前驱体；

2）将镍盐前驱体置于管式炉中先去除有机物，再高温碳化处理，冷却至室温后，获得镍/碳复合材料；

3）将镍/碳复合材料研磨成镍/碳粉末后置于蒸馏水中超声分散得溶液A，将硒粉加入到蒸馏水中磁力搅拌，搅拌过程中加入硼氢化钠，得到溶液B；

4）将溶液B加入溶液A中，并转移到以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，水热反应后冷却至室温，过滤获得黑色粉末，将所述黑色粉末洗涤后置于烘箱中干燥，获得Ni₃Se₄/C复合材料。

步骤1）中所述六水合氯化镍、柠檬酸和尿素的质量比为0.1-0.6: 0.5-2 :3-8。

步骤2）中所述去除有机物条件为在氮气环境下，以3-10℃/min的升温速率，升温至200-400℃并且保温1-3h。