[发明专利]一种碳基复合材料FeTe2

说明书

本发明提供一种一种碳基复合材料FeTe₂/C及其制备方法和碱金属负极活性材料，所述碳基复合材料包括碳和负载于碳的FeTe₂；所述碳基复合材料中，FeTe₂的负载量为40wt％～80wt％。本发明制备出FeTe₂纳米颗粒锚定分散于微米片状的碳材料，碲化物的电负性较低，电导率较高，过渡金属碲化物具有较大的原子尺寸，这使得原子半径较大的Te具有较弱和较长的Fe‑Te键，从而提供更多的空间来容纳钠离子，同时改善钠离子的扩散动力学；具有较高的离子和电子传导率，空心多级结构和碳材料可以显著抑制FeTe₂体积膨胀，从而大幅度提高了FeTe₂/C复合材料的整体电化学表现。

技术领域

本发明属于碱金属电池领域，涉及钠离子、钾离子等离子电池负极材料，特别涉及一种碳基复合材料FeTe2/C及其制备方法和碱金属负极活性材料。

背景技术

钠离子电池(SIB)由于成本较低，资源丰富、价格低廉等特点成为一种可行的储能替代方案。然而，较大的Na⁺离子半径(Na⁺为而Li+为)和摩尔质量(Na为22.99g mol^-1而Li为6.94g mol^-1)导致钠离子扩散动力学缓慢，循环过程中结构破坏严重。这些因素导致钠离子电池往往具有较低的比容量、倍率能力和循环次数。通过研究了钠离子电池中电极材料的组成及其与碳材料的复合等问题，以解决这些潜在的问题。

研究工作者已经对过渡金属硫族化物材料进行了研究。在众多的过渡金属硫属化物材料中，铁硫属化物(FexY；Y＝S和Se)已吸引由于铁储量丰富而备受关注。与硫化物和硒化物相比，碲化物的电负性较低(2.0)，电导率较高。此外，过渡金属碲化物也具有较大的原子尺寸，这使得原子半径较大的Te具有较弱的Fe-Te键，从而提供更多的空间来容纳钠离子，同时改善钠离子的扩散动力学，特别是在循环中体积变化小。并且于密度高(8.06gcm³)而具有高体积容量。基于上述优点，FeTe₂是潜在的阳极材料。然而，据我们所知，碲化铁(FeTe₂)作为一种锂阳极材料尚未被研究，并且在钠离子领域的应用相对低于其他硫族化合物。

与大多数过渡金属硫族化合物相似，过渡金属碲化物结构稳定性较差，充放电时体积膨胀，导致电极材料粉碎或开裂，固体电解质界面膜(SEI)同时体积变化较大，导致钠离子存储性能下降，即容量衰减导致速率能力低、周期寿命短的问题。

发明内容

本发明制备了FeTe₂纳米颗粒锚定分散于碳纳米片上的空心多级结构复合材料，空心的碳不仅可以提高离子个电子传导率，同时可以抑制FeTe₂体积膨胀，从而显著提高了FeTe₂/C复合材料的整体电化学表现。

本发明一方面提供一种碳基复合材料，所述碳基复合材料包括碳和负载于碳的FeTe₂；所述碳基复合材料中，FeTe₂的负载量为40wt％～80wt％。

可选地，所述碳基复合材料的微观形貌是由不规则的片层组成的堆积物；所述堆积物中具有若干孔隙，所述孔隙的孔径为0.1～5μm的多孔结构；所述孔径为0.5～3μm的孔隙的体积占总孔容的70～90％；所述不规则的片层表面具有若干纳米孔；所述纳米孔的孔径为100nm～300nm。

本发明另一方面提供上述任一种碳基复合材料的制备方法，包括：

步骤(1)，将含有碳源、模板剂、铁盐的原料与溶剂混合，得到溶液I，

步骤(2)，将所述溶液I依次经超低温处理、冷冻干燥获得前驱体；

步骤(3)将所述前驱体、Te粉，在非活性气氛中煅烧，获得所述的碳基复合材料。