[发明专利]一种含硒化物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种含硒化物复合材料及其制备方法和应用。该制备方法包括金属氧化物微球、含硒溶液和含硒化物复合材料三个步骤。通过共沉淀法制备得到了过渡金属氢氧化物，有效引入了双金属组分(锡和过渡金属)，通过煅烧后得到金属氧化物微球结构，硒粉通过还原剂得到硒离子，以金属氧化物微球结构为模板，硒离子与金属氧化物微球结构中氧发生交换，进而得到纯度高、晶型好、结构完整可控的含双金属组分的硒化物，通过控制金属氧化微球的结构，实现了含硒化物复合材料结构可控；该含硒化物复合材料为蛋壳结构，该结构可以增加材料的比表面积和活性位点，进而提提升了含硒化物复合材料的储钠容量。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种含硒化物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的高速发展，人们大量开采化石燃料，造成能源危机严重，并且煤、石油等传统能源对环境造成很大的污染。面对能源危机以及环境的日益恶化，国家积极开展能源结构转型。风能、潮汐能和太阳能等绿色能源具有不连续、不稳定的特点，在使用过程中存在大量弃风弃水现象，需要利用储能装置实现对能量的高效存储利用。

二次电池作为一种储能装置已经被人们广泛开发出来，锂电池已经从智能手机、笔记本电脑到新能源汽车被广泛应用。但锂资源短缺并且分布及其不均匀，面对资源匮乏的困境，人们开始研究钠离子电池。随着研究的不断深入，研究者发现钠离子电池不均具有资源储量丰富、分布广泛、成本低廉、无发展瓶颈、环境友好和兼容锂离子电池现有生产设备的优势，还具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、安全性和无过放电问题等优势，越来越多的学者开始致力于钠离子电池负极材料的研究中。

目前，钠离子电池负极材料主要为碳质材料，比容量低(一般为～300mAh/g)和电极电势高(～0.3V vs Na⁺/Na)是限制其广泛应用的关键问题。因此，学者的研究重点在于转化反应型钠离子电池负极材料。由于金属硒化物中的金属-硒键的相互作用力小于金属氧化物和硫化物，且金属硒化物具有更宽阔的钠离子迁移通道，因此被认为是高比能钠离子电池的理想负极材料。实现金属硒化物负极实用化，需要重点解决材料离子/电子电导率低、体积膨胀严重和电化学可逆性差的问题。一般情况，硒化物难以同时兼顾高比能量和高结构稳定性，多元金属掺杂可以有效形成协同作用，同步优化硒化物负极的电化学性能。现有技术中，多采取锡源和硒源的一步水热合成法生产硒化物，该方法合成的硒化物难以控制硒化物的尺寸和结构。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服一步水热法得到的硒化物材料结构难以控制，导致高性能多元金属硒化物复合结构制备困难的缺陷，从而提供了一种含硒化物复合材料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种含硒化物复合材料的制备方法，包括以下步骤，

(1)过渡金属的硫酸盐或硝酸盐、碳源与锡酸钠混合，置于0～3℃后调pH至8～10，得到金属氢氧化物微球前驱体，经第一煅烧后得到金属氧化物微球；

(2)硒粉与还原剂混合，得到含硒溶液；

(3)所述金属氧化物微球与碳源混合，形成混合溶液；将步骤(2)中的含硒溶液加入至混合溶液中，经水热反应、第二煅烧得到含硒化物复合材料。

所述步骤(1)中的过渡金属为铜、亚铁、镍中的至少一种；优选地，为硫酸铜、硫酸镍或硝酸亚铁；

过渡金属的硫酸盐或硝酸盐、碳源与锡酸钠的摩尔比为3.2：(4.1-5)：(2.8-3.4)。

所述碳源为电导率＞1×10³S/cm的单层氧化还原石墨烯或碳纳米管。

步骤(1)中，所述第一煅烧的温度为300～350℃，时间为1.5～3h。