[发明专利]一种交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米复合材料及其制备方法以及钠离子电池负极

说明书

本发明公开了一种交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米复合材料及其制备方法，以及钠离子电池负极，所述制备方法包括以下步骤：以柠檬酸三钠为原料在惰性气氛中高温碳化制备得到交联纳米碳片材料；将镍源、锰源溶解在水中，加入交联纳米碳片材料，先后经搅拌溶解、水热反应，所得产物经洗涤、干燥后得到前驱体材料；将前驱体材料与硒粉在氢氩混合气中加热反应，得到交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料；该材料以交联纳米碳片作为载体可负载更多的硒化镍/硒化锰纳米颗粒，缩短电子和钠离子传输途径，提高电极材料导电性，其可作为钠离子电池负极的活性材料，进而获得循环稳定性和倍率性能优良的钠离子电池负极。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料及其制备方法以及钠离子电池负极。

背景技术

近年来，随着电子设备等产业发展迅速，电池的制造成本与环境污染程度和回收利用率也成为评价电池材料的重要指标。目前，数码交通等产业对锂离子电池依赖逐渐增加，而锂资源的短缺与高需求之间的矛盾也越来越突出。由于钠与锂属于同一主族元素，理化性质相似，如果在此基础上研制出性能优良、安全稳定的材料，钠离子电池将会有更大的市场竞争优势。就目前的研究进展，钠离子电池相比于锂离子电池有三个明显的优势：(1)钠离子电池的半电池电势比锂离子的高出0.3～0.4V；(2)钠的分布不受资源和地域的限制，原料丰富，成本低廉，分布广泛；(3)钠有相对稳定的电化学性能，使用更安全。

但是钠离子电池仍然存在很多问题有待解决，首先钠的相对原子质量比锂高很多，导致理论比容量不到锂的二分之一；其次钠离子半径比锂离子半径大，因此钠离子在电池材料中嵌入与脱出更难，导致钠离子扩散速率小，在使用过程中产生体积膨胀问题与结构破坏问题；另外，尽管Na⁺/Na电对的标准电极电电势比Li⁺/Li高，但是钠离子电池的能量密度低于同类型锂离子电池。这些存在的缺陷影响电池的循环和倍率性能，从而降低电池的电化学性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料及其制备方法，通过依次制备交联纳米碳片、交联纳米碳片负载锰镍氧化物前驱体和交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料，利用碳材料比表面积大和导电性能好特点，增强复合材料的导电性，交联纳米碳片作为载体可负载更多的硒化镍/硒化锰纳米颗粒，其交联结构在一定程度上能缓解钠离子电池充放电过程中造成的电极体积膨胀；硒的密度相对较高，可以提供较高的体积能量密度，此外由于金属硒化物中的金属与非金属之间的化学键能更小，它们之间的化学键在钠的转化反应中更容易断裂，在动力学上更有优势，具有更好的导电性，从而提高材料的电化学性能。

本发明还提供了一种钠离子电池负极，以本发明所述的交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料作为活性材料来制备钠离子电池负极进而组装成钠离子半电池，这样的钠离子半电池具有较好的循环稳定性和倍率性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)以柠檬酸三钠为原料在惰性气氛中高温碳化制备得到交联纳米碳片材料；

(2)将镍源、锰源溶解在水中，加入交联纳米碳片材料，先后经搅拌溶解、水热反应，所得产物经洗涤、干燥后得到前驱体材料；

(3)将前驱体材料与硒粉在氢氩混合气中加热反应，得到交联纳米碳片负载硒化镍/硒化锰纳米颗粒复合材料。

步骤(1)中，所述高温碳化的条件为400～1000℃加热反应0.5～6h，优选为600～800℃加热反应2～5h。

步骤(2)中，所述镍源、锰源摩尔比为1:2；镍源与锰源、交联纳米碳片和水的用量比为(0.4～2.0)g：0.1g：(5～10)mL。