[发明专利]双碳修饰的硒化锌分层多级微球的制备方法

说明书

本发明提供了一种双碳修饰的硒化锌分层多级微球的制备方法。具体过程是：将硝酸锌、柠檬酸钾和乌洛托品按一定比例配制成均匀溶液，通过沉淀法形成柠檬酸锌与乌洛托品的混合物。将混合物置于管式炉中硒化得到硒化锌单碳复合材料。再将硒化锌单碳复合材料分散到三（羟甲基）氨基甲烷溶液中，加入盐酸多巴胺进行包覆。包覆物高温煅烧后形成双碳修饰的硒化锌分层多级微球。其作为钾离子电池负极材料，相较于未进行碳包覆以及单碳改性的硒化锌，表现出较好的电化学性能。硒化锌双碳复合材料与普鲁士蓝组装成钾离子全电池也具有稳定的比容量，在钾离子电池领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种硒化锌分层多级微球的制备及其双碳改性方法，并应用于钾离子电池负极，属于钾离子电池领域。

技术背景

现阶段，太阳能、风能、地热能等清洁能源取之不尽用之不竭，并且我国太阳能光伏技术位于全球先进水平。然而，与新能源配套的储能系统目前具有较低的储能效率和较高的储能成本，极大造成了能源的浪费。因此，开发新的储能系统显得尤其重要。锂离子电池作为一种高能量密度、长循环寿命和环境友好的电化学储能装置，已被成功应用于人类生活的各个领域。但作为锂源的碳酸锂目前价格居高不下，使得锂离子电池造价成本较高，并且锂离子电池安全性不高，极大限制了锂离子电池在未来的进一步发展。现如今，钾离子电池作为锂离子电池的一个潜在的替代品，因其在与锂离子电池类似的储能机制备受关注。而且，作为钾源的碳酸钾价格只有碳酸锂的三分之一，使得钾离子电池成本大大降低。虽然钾离子在电化学性质上与锂离子相似，但钾离子的半径比锂离子的半径大，导致充电/放电过程中更严重的体积变化和更慢的反应动力学。因此，探索适合钾离子储存的负极材料仍然具有挑战性。本发明提供了一种硒化锌分层多级微球的制备及其双碳改性方法，所制备材料具有良好的循环性能，可用作钾离子电池负极材料。

发明内容

本发明使用的原料为硝酸锌、柠檬酸钾、乌洛托品、硒粉、三（羟甲基）氨基甲烷、盐酸多巴胺制备得到双碳修饰的硒化锌分层多级微球，具体的制备方法包括如下步骤：

（1）硝酸锌、柠檬酸钾和乌洛托品加入到去离子水与乙醇的混合液中，在30-200℃下回流搅拌1-15h后抽滤置于烘箱中40-100℃干燥1-14 h得到柠檬酸锌与乌洛托品的复合物；

（2）将步骤（1）中柠檬酸锌与乌洛托品的复合物与硒粉一同转移到烧结设备中，在氩氢混合气下以1-10 ℃/min的升温速率达到400-1000 ℃后保温1-6 h，冷却至室温后得到硒化锌单碳复合材料；

（3）将硒化锌单碳复合材料分散到去离子水中，加入三（羟甲基）氨基甲烷，随后加入盐酸多巴胺，在室温下搅拌1-15 h后抽滤得到聚多巴胺包覆的硒化锌单碳复合材料；

（4）聚多巴胺包覆的硒化锌单碳复合材料干燥后转移至烧结设备中，在氮气作为保护气下以1-20 ℃/min的升温速率达到100-800 ℃后保温1-6 h，冷却至室温后得到双碳修饰的硒化锌分层多级微球。

硝酸锌、柠檬酸钾和乌洛托品的摩尔浓度均为0.001-0.1 mol/L；水和乙醇的比例为1：9-9：1（优选体积比为7：3）。

步骤（2）中柠檬酸锌与乌洛托品的复合物与硒粉的质量比为1-4：5-20。

硒化锌单碳复合材料、三（羟甲基）氨基甲烷、盐酸多巴胺的质量比为1-4：1-5：2-6。

本专利所发明的硒化锌分层多级微球的制备及其双碳改性方法具有以下特点：

（1）、原材料成本低，锌源、硒源丰富。

（2）、制备过程简单，柠檬酸锌低温合成便利且无毒。

（3）、可大批量合成硒化锌，实验放大效果优异。

（4）、制备的双碳修饰硒化锌分层多级微球尺寸在10 µm左右。