[发明专利]一种普鲁士蓝衍生核壳立方体材料及制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备技术领域，涉及一种普鲁士蓝衍生核壳立方体材料及制备方法和应用，所述普鲁士蓝衍生核壳立方体材料，核为嵌在碳网中的Fe₇Se₈纳米颗粒，壳为多孔碳层，立方体之间以碳桥相连形成三维网络结构。该结构提高了导电性和结构稳定性，实现了锂离子的高通量传输，提高了锂离子电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备技术领域，涉及一种普鲁士蓝衍生核壳立方体材料及制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前室温锂离子新型二次电池在智能手机、笔记本电脑、混合电动和增程式电动汽车等储能领域中的市场份额的增长趋势逐步增大。然而，锂离子电池在家庭配电、通讯基站等大型储能领域中因其较高的成本和较低的能量密度而发展缓慢。其中负极材料的选择会直接关系到锂离子电池的能量密度。因此，为了提高锂离子电池的储能能力，研发具有成本低、结构稳定、较高比容量和较长循环寿命的负极材料成为重中之重。

过渡金属硒化物负极材料因其较高的理论容量被广泛应用在室温锂离子新型二次电池中。其中，过渡铁基硒化物因其高效的嵌入和转换储能机制、成本低和合成方法简单等优势受到研究者的青睐。然而，发明人发现，现有过渡铁基硒化物材料的结构不稳定、导电性比较差，易发生大的体积膨胀，导致材料结构粉化、从集流体上脱落，造成活性物质的损失，降低了电极材料的循环寿命和倍率性能。因此，如何进一步解决上述问题至关重要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种普鲁士蓝衍生核壳立方体材料及制备方法和应用，Fe₇Se₈-C多核结构和二次包覆的碳壳结构，同时搭建碳桥使立方体核壳结构之间实现三维相连，提高了导电性和结构稳定性，实现了锂离子的高通量传输。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

在本发明的第一方面，一种普鲁士蓝衍生核壳立方体材料，核为嵌在碳网中的Fe₇Se₈纳米颗粒，壳为多孔碳层，立方体之间以碳桥相连形成三维网络结构。

在本发明的第二方面，一种普鲁士蓝衍生核壳立方体材料的制备方法，以普鲁士蓝化合物作为模板，利用聚合反应在模板表面进行凝胶包覆，再在惰性气氛下进行煅烧，获得普鲁士蓝衍生核壳立方体材料。

在本发明的第三方面，一种电极材料，基底表面负载有所述的普鲁士蓝衍生核壳立方体材料和/或任一制备方法得到的普鲁士蓝衍生核壳立方体材料。

在本发明的第四方面，所述的普鲁士蓝衍生核壳立方体材料和/或任一制备方法得到的普鲁士蓝衍生核壳立方体材料在离子电池负极中的应用。

在本发明的第五方面，一种锂离子电池负极，包括集流体、导电材料、粘结剂和活性材料，粘结剂将导电材料和活性材料粘结在集流体上，所述活性材料为所述的普鲁士蓝衍生核壳立方体材料和/或任一制备方法得到的普鲁士蓝衍生核壳立方体材料。

在本发明的第六方面，一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述负极为所述的锂离子电池负极。

本发明一个或多个实施例具有以下有益效果：

(1)采用普鲁士蓝作为模板，具有丰富表界面效应，依次经过聚合反应形成的聚合物(例如酚醛树脂)进行凝胶包覆和退火煅烧策略，得到普鲁士蓝衍生三维网络Fe₇Se₈-C@C核壳立方体。该方法得到了Fe₇Se₈-C多核结构和二次包覆的碳壳结构，同时搭建碳桥使立方体核壳结构之间实现三维相连，提高了导电性和结构稳定性，实现了锂离子的高通量传输。