[发明专利]一种硒化钴/碳气凝胶复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种硒化钴/碳气凝胶复合材料，由具有三维介孔网络结构的碳气凝胶和原位生长于所述碳气凝胶介孔中的硒化钴纳米颗粒组成。本申请还提供了一种硒化钴/碳气凝胶复合材料的制备方法及其应用。本申请提供的硒化钴/碳气凝胶复合材料具有独特的三维笼状结构，三维笼状硒化钴/碳气凝胶复合材料具有很高的赝电容特征，其作为钠离子电池的负极材料，有利于增强材料的高倍率性能和长循环稳定性。

技术领域

本发明涉及钠离子电池材料技术领域，尤其涉及一种硒化钴/碳气凝胶复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

金属钠资源丰富，价格比金属锂低廉很多，并且制取上简单，过程环境友好，因此学者们将钠离子电池作为下一代具有广大前景的储能技术，也将其作为未来可能替代锂离子电池的最佳候选者。近几年钠离子电池的研究相继取得了重要进展，制约钠离子电池发展的短板-电池电极材料的种类也不断丰富。然而，钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率，成为制约储钠材料发展的主要因素，而发展高性能的嵌钠负极材料是提高钠离子电池比能量和推进其应用的关键。

目前已知的可用于钠离子电池负极材料主要有碳基材料、合金材料、非金属单质、金属氧化物以及有机化合物等。硒化钴材料具有良好的半导体特性，导电性好，被视为优异的钠离子储能材料。但是，由于钠离子的原子半径较大，在硒化钴材料中嵌入与脱出时会导致硒化钴体积的剧烈膨胀和收缩，从而致使硒化钴材料结构破坏，粉化严重，储钠能力大幅下降。此外，由于钠离子自身的原子质量较大，迁移速度比锂离子慢很多，因此其离子迁移速率较低，倍率性能较差。因此，需要设计一种硒化钴复合材料，既能缓解储钠过程中的巨大体积膨胀带来的结构破坏，又能够大幅度提高钠离子的嵌入和脱出速率，实现倍率性能的提升成为了充分挖掘硒化钴材料储钠能力的关键。

公开号为CN105789584A的中国专利公开了一种硒化钴/碳钠离子电池负极材料的制备方法，其构造了一种独特的硒化钴纳米棒生长在碳表面的结构，提高了钠离子电池的比容量和循环性能。但是该方法采用的是高温高压的水热反应制备方法，该方法危险性较高，对设备的要求严格，成本高昂，不适合在工业上推广，并且其储钠性能在小倍率电流充放电情况下能提供较大的容量，在大电流条件下的性能一般。除此之外，该材料只循环了40圈，这远远不能达到商用的1000圈循环稳定性的要求，在应用上有一定困难。

公开号为CN104617271A的中国专利公开了一种用于钠离子电池的硒化锡/氧化石墨烯负极材料，其采用水热法将纳米硒化锡沉积在氧化石墨烯片层表面，形成复合材料；该复合材料中硒化锡的形貌也呈现均匀的片状，切厚度可控。当该材料用于钠离子电池的负极时，表现出较高的放电比容量，优异的倍率性能和长循环稳定性。但是该材料需要采用昂贵的氧化石墨烯，在民用大规模使用上具有一定的局限性和困难。此外，该材料的制备方法采用高温高压的水热方法，该方法需要高昂的设备投入，并且具有一定的危险性，因此在工业推广上有很大的阻力；并且该材料的长循环只有200圈，在循环过程中还在不断衰减，因此其稳定性还不能满足商用的1000圈循环稳定的要求。

综合已有的专利和文献资料可以看出，目前硒化钴钠离子电池负极材料存在着制备工序复杂、电池长循环性能差、循环圈数低以及能量密度低等问题。因此，急需设计并制备一种具有特殊三维结构和优异电化学性能的硒化钴复合材料。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种硒化钴/碳气凝胶复合材料，本申请复合材料应用于钠离子负极材料时具有较好的结构稳定性和电化学性能。

有鉴于此，本申请提供了一种硒化钴/碳气凝胶复合材料，由具有三维介孔网络结构的碳气凝胶和原位生长于所述碳气凝胶介孔中的硒化钴纳米颗粒组成。

优选的，所述碳气凝胶中的碳纳米小球的粒径为15～25nm，所述碳气凝胶的介孔尺寸为10～35nm，所述硒化钴纳米颗粒的粒径为25～55nm。

本申请还提供了一种硒化钴/碳气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：