[发明专利]一种二碲化钴/碳纳米纤维材料及其制备方法和应用

说明书

本申请属于电池储能技术领域。本申请提供了一种二碲化钴/碳纳米纤维材料及其制备方法和应用。二碲化钴/碳纳米纤维材料具有三维连通结构，碳纳米纤维具有一维多通道结构，二碲化钴粒子包覆于一维多通道中。二碲化钴化合物表现更低的电负性和更高的电导性，且体积膨胀小。同时，二碲化钴粒子包覆于一维多通道中，并由一维多通道纤维组成三维连通结构，比表面积高，可极大地提高电子和离子的传输效率，增加电池整体的能量密度，表现出高比容量，优异的倍率性能和长循环寿命，从而能最大限度的发挥二碲化钴作为钠离子电极材料的优势。本申请的二碲化钴/碳纳米纤维材料还表现为柔性自支撑结构，可用于钠离子电池自支撑电极，对于柔性可穿戴设备和大规模储能的研究具有重要意义。

技术领域

本申请属于电池储能技术领域，尤其涉及一种二碲化钴/碳纳米纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因其具有高能量密度，良好的循环性能和环境友好等优点而被广泛应用于便携式电子产品和新能源电动汽车等领域。但受限于锂资源在地壳中含量稀少和分布不均匀等特点，致使金属锂盐价格比较昂贵，不适合用于大规模储能系统。相比于锂离子电池，钠资源自然储量丰富，提取成本相对较低，因而在大规模储能方面具有广阔的应用前景。

负极材料作为电池的重要组成部分，是实现高能量密度钠离子电池的关键因素之一。过渡金属硫族化合物(金属硫化物、金属硒化物和金属碲化物)因具有较高理论容量被认为是一类非常具有应用潜力的钠离子电池负极材料。然而，这类材料仍存在导电性差、循环稳定性差的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种二碲化钴/碳纳米纤维材料及其制备方法和应用，表现出高比容量，优异的倍率性能和长循环寿命。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种二碲化钴/碳纳米纤维材料，具有三维连通结构；

所述碳纳米纤维具有一维多通道结构，二碲化钴粒子包覆于所述一维多通道中。

本申请中，二碲化钴化合物基于扩散动力的原理，表现更低的电负性和更高的电导性，在循环性能和倍率性能上有着显著的优势；二碲化钴化合物参与电化学反应为转化反应，体积膨胀小。同时，二碲化钴粒子包覆于一维多通道中，并由一维多通道纤维组成三维连通结构，比表面积高，可极大地提高电子和离子的传输效率，增加电池整体的能量密度，表现出高比容量，优异的倍率性能和长循环寿命，从而能最大限度的发挥二碲化钴作为钠离子电极材料的优势。本申请的二碲化钴/碳纳米纤维材料还表现为柔性自支撑结构，可用于钠离子电池自支撑电极，对于柔性可穿戴设备和大规模储能的研究具有重要意义。

优选的，所述通道的直径为100～300nm。

本申请还提供所述二碲化钴/碳纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将钴盐溶于有机溶剂中，加入高分子材料加热搅拌，得到纺丝溶液；

S2：将纺丝溶液进行静电纺丝、干燥，得到前驱体；

S3：将前驱体加入碲粉进行热处理，得到所述二碲化钴/碳纳米纤维复合材料。

本申请中，高分子材料作为碳源，与钴盐制备纺丝溶液，在静电纺丝中由于高压电场作用，不同分子量的高分子材料发生分层现象，进而在热处理过程中，高分子材料充当模板产生不同的体积变化，形成了直径大小均一的多通道结构，并将二碲化钴包覆在其中。本申请的制备方法相比水热法、溶剂热法或球磨法制得的材料具有表面积高、孔径可控的优点，且制备工艺简单、重复性好、对环境友好。

优选的，所述钴源选自硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化钴、氟化钴和溴化钴中的一种或多种；

所述高分子材料选自聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的任意两种；

所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺或乙腈。