[发明专利]一种Fe3

说明书

本发明属于钠电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种Fe₃Se₄/石墨烯钠电池负极材料及其制备方法。本发明所述负极材料的结构为粒径~10nm的Fe₃Se₄纳米颗粒均匀分布在二维石墨烯上。这种独特的结构有利于扩大电极/电解质界面面积，提高材料的电化学活性，抑制Fe₃Se₄颗粒聚集，调节充放电过程中Fe₃Se₄的体积变化，实现电子的快速扩散和电解质离子的快速转移。这项工作为钠电池高性能电极材料的探索和设计开辟了新的思路。

技术领域

本发明属于钠电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种Fe₃Se₄/石墨烯钠电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子产品和电动汽车的迅速发展，储能设备受到越来越多的关注，如锂离子电池(LIBs)、钠离子电池(SIBs)、锌离子电池(ZIBs)等。其中，钠离子电池(SIBs)由于钠储量丰富、电化学性能好、环境友好等特点，被认为是最有前途的绿色能源之一。由于钠离子的离子半径较大，商用石墨不能适用于SIBs。因此，开发下一代SIBs负极材料迫在眉睫。

迄今为止，SIBs的负极材料有很多，如金属硫化物、金属氧化物、金属硒化物等。其中过渡金属硒化物(TMDs)因其具有较高的理论容量和良好的循环稳定性而受到广泛的关注。与金属氧化物/硫化物相比，TMDs具有更高的电子导电性和更丰富的氧化还原反应。近年来，硒化铁基材料因其资源丰富、无毒、理论容量大，被认为是SIBs潜在的候选材料。但由于硒化铁体积变化大，电导率相对较低，导致其在重复循环过程中电化学性能不理想。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种Fe₃Se₄/石墨烯钠电池负极材料及其制备方法。本发明所述的Fe₃Se₄/石墨烯钠电池负极材料，能够抑制Fe₃Se₄颗粒聚集，缓解循环过程中大的体积变化，使其具有优异的循环稳定性。这项工作为钠电池高性能电极材料的探索和设计开辟了新的思路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Fe₃Se₄/石墨烯钠离子电池负极材料，在Fe₃Se₄的合成过程中加入石墨烯，粒径~10nm的Fe₃Se₄纳米颗粒均匀分布在二维石墨烯上。这种独特的结构有利于扩大电极/电解质界面面积，提高材料的电化学活性，抑制Fe₃Se₄颗粒聚集，调节充放电过程中Fe₃Se₄的体积变化，实现电子的快速扩散和电解质离子的快速转移。

上述制备Fe₃Se₄/石墨烯钠离子电池负极材料的方法，具体包括下列步骤：

(1)制备石墨烯。以天然石墨薄片为原料，通过改进的Hummers方法制备氧化石墨烯(GO)。

(2)制备Fe前驱体。将步骤（1）所得的GO在乙二醇中超声3h.然后加入Fe(No₃)₃，混合搅拌20~40 min。然后转移到不锈钢反应釜中，150~180℃保温2~4 h；得产物经过离心、洗涤，冷冻干燥，获得Fe前驱体。

(3)制备Fe₃O₄/石墨烯复合材料。将步骤(2)得到的Fe前驱体在惰性气氛下退火，400~600℃保温2~4 h，即得到Fe₃O₄/石墨烯复合材料；