[发明专利]FeTiO3

说明书

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种FeTiO₃‑TiO₂异质结构负载的多孔碳纳米纤维膜材料的制备方法及其在钠‑硒电池中的应用，该制备方法依次包括纺丝液的配制工艺、聚合物纤维的获得工艺、FeTiO₃‑TiO₂异质结构负载的多孔碳纳米纤维膜材料（FeTiO₃‑TiO₂/CNFs）的获得工艺、自支撑Se/多孔碳纳米纤维膜(Se@FeTiO₃‑TiO₂/CNFs)正极材料的获得工艺，通过TiO₂对Na‑Se电池充放电过程中的中间产物多硒化物的化学吸附作用缓解其溶解‑穿梭问题，通过铁电相材料FeTiO₃的内建电场吸附多硒化物进一步缓解其溶解‑穿梭问题，此外，铁电相材料FeTiO₃的内建电场可以加速界面上电子的传输以及电荷的分离，从而提高Na‑Se电池的倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种FeTiO₃-TiO₂异质结构负载的多孔碳纳米纤维膜材料的制备方法及其在钠-硒电池中的应用。

背景技术

钠离子电池凭借制造成本低、钠资源丰富等特点，已成为十分具有潜力的储能对象。在众多钠离子电池体系中，钠-硒（Na-Se）电池具有非常高的理论体积能量密度（3253mAh cm^-3），近年来已得到了研究人员的广泛关注。然而Na-Se电池的实际应用面临着众多挑战，例如单质Se较低的电子导电率（1*10^-3 S m^-1），Na-Se电池充放电过程中的中间产物多硒化物在电解液中的溶解-穿梭效应。

将单质Se与多孔碳材料进行复合制备Se/碳复合物正极，通过多孔碳材料对多硒化物的物理吸附作用可以缓解电池循环充放电过程中多硒化物的溶解-穿梭问题，并提高Se电极的电子导电性，从而提高Na-Se电池的电化学性能。然而仅仅通过多孔碳基体的物理吸附作用对缓解多硒化物的溶解-穿梭问题以及提高电池的电化学性能效果是十分有限的。将单质Se与多孔碳基体形成化学键合（例如：C-Se键，O-Se键）制备Se/碳复合物正极，通过化学吸附以及物理吸附的结合，可以进一步抑制多硒化物的溶解-穿梭问题，从而提高Na-Se电池的电化学循环稳定性。目前报道的实现Se与碳基底之间形成化学键合的方法主要是将聚合物材料（如PAN纳米纤维）和Se单质在中高温下（~400 ℃）进行处理。这样的中高温处理方法降低了基底材料的电子导电性，不利于后续作为电极材料倍率性能的发挥。

在室温钠-硫（Na-S）电池的研究中，极性的氧化物材料（如：TiO₂）被证明可以很好的实现对电池充放电中间产物多硫化物的化学吸附，从而缓解其溶解-穿梭。铁电相材料（如：BaTiO₃）被证明在Na-S电池的充放电过程中，可以通过自身的极化电场实现对多硫化物的捕获，从而缓解多硫化物的溶解-穿梭。多硒化物与多硫化物具有类似的化学性质，极性的氧化物材料/铁电相材料也可以实现对其的化学吸附/电场捕获。如果将极性吸附材料与铁电相材料结合，通过极性吸附材料与铁电相材料对多硒化物的双重吸附作用，必将进一步提高材料对多硒化物的吸附效应，从而缓解其溶解-穿梭问题。因此，这方面的研究工作十分具有必要性。另一方面，研究发现铁电相材料在电池循环中产生的内建电场可以加速材料表面上电子的传输以及电荷的分离，从而促进电池倍率性能的提升。因此，制备极性吸附材料与铁电相材料相结合的基底材料有望进一步提升Na-Se电池的倍率性能。但是如何通过简单的方法制备极性吸附材料与铁电相材料相结合的基底材料目前仍无相关报道。

发明内容