[发明专利]一种铁钴双金属硒化物纳米材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种铁钴双金属硒化物纳米材料、其制备方法及锂离子电池。本发明提供的铁钴双金属硒化物纳米材料的制备方法包括：将乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴和二苄基二硒醚在溶剂中进行加热反应，形成Fe₂CoSe₄纳米材料。本发明采用特定的乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍和二苄基二硒醚作为前驱源，在溶剂体系中进行反应，可直接一步合成Fe₂CoSe₄纳米材料，大大简化操作，而且能够有效提高Fe₂CoSe₄纳米材料的结晶性和纯度。将本发明制得的Fe₂CoSe₄纳米材料用作锂离子电池的负极材料，能够提高电池的储锂比容量、倍率性能及循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种铁钴双金属硒化物纳米材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

自1990年被Sony公司商业化以来，可充电锂离子电池(LIBs)一直占据着智能电子设备的消费市场，甚至还在近几年来成功应用在了电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)上。通常，锂离子电池是由负极材料(如石墨)、正极材料(如LiCoO₂)、电解液以及隔膜所构成。商业化锂离子电池是根据“摇椅式”机理完成充放电的，得益于电池内部不断迁移的锂离子，电子便可经外部电路形成连续的电流供给用电设备。显而易见，锂离子电池的电化学性能强烈依赖于负极材料的储锂能力。

由于较低的理论容量，商用的石墨(372mAh/g)负极已无法满足锂离子电池进一步发展的需求。为了提高锂离子电池的能量/功率密度，对具有优异动力学和储锂性能的新型负极材料的开发迫在眉睫。通常，锂离子电池的负极材料存在插层、转化和合金三种反应机理。具体地，属于插层机理的负极材料往往具有明显的充/放电平台和较低的理论容量，如石墨烯、钛的氧化物等材料。属于转化机理的负极材料由于在循环过程中出现多电子反应，因此具有较高的理论容量，如，金属硫属化合物、金属氧化物等材料。对于合金体系的材料，一般情况下理论容量也较高，但其反应过程中常常伴随着电极材料严重的体积坍塌等现象，如，红磷、锡、硅、锑等材料。基于以上大背景以及独特的电化学反应特征，具有较高理论容量的过渡金属硒化合物及其复合材料成为了一类具有加大应用潜力的锂离子电池负极材料。因此，过渡金属硒化物的制备具有重要意义。

然而，对于过渡金属硒化物的制备，三元双过渡金属硒化物在实验室制备中较难合成纯相，由于二元过渡金属硒化物的生成焓远负于三元双过渡金属硒化物的生成焓，因此，相比于三元双过渡金属硒化物，二元过渡金属硒化物更易合成，故在三元双过渡金属的制备中，得到的往往是多个二元硒化物的混合杂相。而且，目前研究中公开的制备方法也多是比较复杂的多步反应法，比如对于铁镍硒化物，是先通过煅烧或水/溶剂热的方法得到双金属中间体，再通过硒化得到目标产物，过程复杂，且所得产物纯度及结晶性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁钴双金属硒化物纳米材料、其制备方法及锂离子电池。本发明提供的制备方法能够提高产物的结晶性和纯度，而且制备过程大大简化，能够实现一步法合成Fe₂CoSe₄纯相纳米材料。将本发明制得的Fe₂CoSe₄纳米材料用作锂离子电池的负极材料，能够提高电池的储锂比容量、倍率性能及循环性能。

本发明提供了一种铁钴双金属硒化物纳米材料的制备方法，包括：

将乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴和二苄基二硒醚在溶剂中进行加热反应，形成Fe₂CoSe₄纳米材料。

优选的，所述溶剂为油胺。

优选的，所述加热反应的温度为270～290℃。

优选的，所述加热反应的升温速率为1～10℃/min。

优选的，所述加热反应中的保温时间为20～60min。