[发明专利]一种 (Zn,Mn)Se/C复合材料及其制备方法

说明书

一种(Zn,Mn)Se/C复合材料，其特征在于：其化学式为Zn_0.697Mn_0.303Se/C，为二维椭圆薄片状结构，短径约为0.8μm，长径约为1.2μm，尺寸为10~40nm的双金属硒化物颗粒被包裹在碳基体中，碳基体表面均匀分布有尺寸为10~40nm的凸起纳米颗粒。本发明制备的Zn_0.697Mn_0.303Se/C复合材料，形成相貌规整、尺寸均匀、分散性优异的片状结构的Zn‑Mn‑ptcda，复合才料中无定形碳含量少，具有优异的储锂性能、循环稳定性和倍率性能；100 mA g^‑1的电流密度下，经过110次充放电循环后，可逆容量高达1005.14 mAh g^‑1，在1 A g^‑1的大电流密度下经过1000次循环，容量仍保持在653.79 mAh g^‑1。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种Zn-Mn-ptcda衍生的(Zn,Mn)Se/C复合材料及其制备方法。

背景技术

与通过插层反应存储Li⁺的石墨相比，大多数过渡金属硒化物具有更高的理论比容量，且电导率高于相应的过渡金属氧化物和硫化物，已被认为是最有前景的锂电负极材料之一。此外，与常规的过渡金属氧化物/硫化物相比，金属硒化物晶体结构中的金属-硒离子键较弱，Li⁺可插入间隙尺寸较大，这有助于Li⁺的嵌入/脱嵌。近年来，ZnSe和MnSe开始被研究作为负极材料应用于锂离子电池中，它们的理论容量可观，其中ZnSe为557 mAh g^-1，具有半导电性、低毒性和高电化学活性等优势。与ZnO和ZnS类似，ZnSe也是通过合金化和转换反应可逆地存储锂离子，而MnSe主要通过转换机制储存锂电荷。关于二元Zn、Mn硒化物或者ZnSe和MnSe复合材料，目前还没有人制备出来应用于储能电极材料。

但据现有研究报道，ZnSe和MnSe作为负极材料在实际应用中仍然面临严峻的挑战。它们在锂离子电池应用中面临的常见问题是导电性性能不佳，以及反复进行的锂离子嵌入/脱嵌过程中的显著膨胀/收缩应力，导致电极结构的塌陷和粉碎、颗粒团聚和较差的容量保持率和循环稳定性；此外在嵌锂过程中，溶剂分子也会进入电极材料晶格中，发生共嵌，导致嵌入反应的电流效率降低，同时会引起晶格主体结构发生变化，无法维持原有的晶格结构，降低电极材料的循环寿命。

为了缓解上述问题，将材料缩减为二维纳米级结构是一种可行且有效的方法，该方法可以很好地改善电极动力学，因为纳米材料的比表面积大，能增加更多的氧化还原反应位点和缩短离子/电子传输路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Zn-Mn-ptcda衍生的(Zn,Mn)Se/C复合材料。

本发明另一目的在上述Zn-Mn-ptcda衍生的(Zn,Mn)Se/C复合材料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种Zn-Mn-ptcda衍生的(Zn,Mn)Se/C复合材料，其特征在于：其化学式为Zn_0.697Mn_0.303Se/C，为二维椭圆薄片状结构，短径约为0.8μm，长径约为1.2μm，尺寸为10~40nm的双金属硒化物颗粒被包裹在碳基体中，碳基体表面均匀分布有尺寸为10~40nm的凸起纳米颗粒。

本发明的Zn_0.697Mn_0.303Se/C复合材料表面均匀分布的凸起的纳米颗粒，增强了材料表面张力，在嵌锂过程中，溶剂分子难以进入材料晶格中，阻止溶剂分子的共嵌；另外这些凸起的纳米颗粒增加了材料的比表面积。

进一步，上述(Zn,Mn)Se/C复合材料是由双金属有机骨架Zn-Mn-ptcda和硒粉按照1:1质量比在600℃下高温煅烧3h制得。