[发明专利]一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法及其应用

说明书

一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法及其应用，它涉及一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有钠离子电池的循环性能和倍率性能差的问题。方法：一、合成Bi₂Se₃；二、制备Bi₂Se₃/MoSe₂异质结构，得到硒化铋/硒化钼异质结构电极材料。本发明对制备的硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的电化学性能进行测试，循环伏安和恒流充放电实验表明，该电极材料具有较好的倍率性能，在0.1A g^‑1的电流密度下，可获得约360mAhg^‑1的质量比容量，在50次循环后没有明显的衰减。本发明可获得一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料。

技术领域

本发明涉及一种一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法。

背景技术

随着温室气体对环境的影响日益严重，解决环境问题是当下最亟待解决的难题之一。化石燃料供能被认为是温室气体的主要来源之一。为减少温室气体排放，必须要扩大清洁能源使用量。然而，由于清洁能源具有间歇性，难以持续的给电力系统供能。因此，增加清洁能源在总电能供应的比重，必须需要能量储存或转化器件作为中转，以保证电能供给的连续性。另外，内燃机汽车的尾气排放也是温室气体的主要来源之一。开发混合动力汽车、电动汽车将有效的减少这一部分温室气体的排放。但是，目前已商业化的高比能量密度锂离子电池，由于锂资源有限以及钴价格的持续上涨，高成本使其难以应用在大规模储能系统中。另外，锂离子电池的功率密度较低，难以应对电动汽车在有大功率输出需求时的场景。在此背景下，开发能够兼顾低成本、高能量密度和高功率密度的电极材料是目前储能领域最重要的课题之一。由于钠具有与锂类似的物理化学性质和自然界中丰富的钠资源，钠离子电池被认为是最有望替代锂离子电池，实现清洁能源大规模应用的储能技术之一。可惜的是，由于钠离子无法在石墨层间形成高容量的插层化合物，使得石墨负极难以套用到钠离子电池当中，极大地限制了钠离子电池的商业化。因此，开发低成本、高容量的电极材料是实现该技术落地的关键之一。

过渡金属二硫族化合物，例如：MoS₂、MoSe₂、WS₂等，以其丰富的价态以及独特的层状结构在电化学储能领域受到广泛关注。这类层状材料，层与层之间通过较弱的范德华力连接，通过简单的剥离法即可制备出少层的纳米片结构，有助于离子扩散，提高活性位点数量。同时，钼基二硫族化合物的层间距大于0.63nm，并且可通过后续的处理进一步扩大到0.9nm以上，足以满足大尺寸离子的扩散需求。据报道，这些材料可通过插层反应和转化反应储能，具有比碳电极材料更高的比容量。一般地，过渡金属硒化物的导电性比过渡金属硫化物的更好，且在加工过程中，毒性更低。从这方面来说，过渡金属硒化物在储能应用上比硫化物更有潜力。然而，过渡金属二硫属化合物的本征导电能力不足以应对大电流充放电的情况，并且在充放电过程中，这些材料有可能会发生较大的体积变化，导致电极材料粉化，从集流体表面脱落。并且这些二维材料在连续不断的充放电过程中会发生重新堆叠的现象，降低活性位点的数量，表现出较差的循环稳定性。为解决这一问题，前人的改性思路主要是将过渡金属硫属化合物限制在高机械强度的碳基材料之中，或通过化学键作用提高其余碳基材料的相互作用，在提高快速电子传递通道的同时，也限制了过渡金属硫化物的体积膨胀，减少活性物质的损失，从而获得更为优异的循环和倍率性能。然而，如上述所说，钠离子难以形成高比容量的插层化合物，因此这些碳材料几乎没有容量贡献。

发明内容

本发明的目的是要解决现有钠离子电池的循环性能和倍率性能差的问题，而提供一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法及其应用。

一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、合成Bi₂Se₃：

①、将Na₂SO₃和Se粉加入到去离子水中，再搅拌，得到溶液A；