[发明专利]一种用于钠离子电池的铁铜锡三元硒化物纳米材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于钠离子电池的铁铜锡三元硒化物纳米材料，以FeSesubgt;2/subgt;为基体，具有FeSesubgt;2/subgt;型相结构；Cu、Sn两种过渡金属元素均匀的分散在FeSesubgt;2/subgt;中；微观为纳米多面体堆叠形貌，部分纳米多面体表面附着有细小的纳米颗粒。本发明还公开了该纳米材料的制备方法，过渡金属源采用二氯化物，以水为溶剂，加入柠檬酸，持续搅拌使前驱体溶液均匀化；加入硒源亚硒酸钠和硒粉、滴入水合肼，之后进行水热反应得到所述纳米材料。本发明实现了硒化物的多元复合，且形成了各过渡金属元素的均匀分布的多元金属硒化物。以所述铁铜锡三元硒化物纳米材料为电极材料，组装成钠离子电池，具有超长的循环寿命、超快充特性和超宽温域工作特性。

技术领域

本发明属于纳米材料和能源领域，具体来说，涉及一种多元硒化物纳米材料及其制备方法，可以作为高性能钠离子电池的电极材料。

背景技术

随着经济的增长，21世纪的能源危机和环境污染问题日益严峻，为了满足我们未来的能源需求，应该开发清洁能源来替代传统的化石燃料，例如太阳能、风能、核能、生物能和潮汐能等新型的环境友好型能源。然而这些绿色能源不稳定，无法直接为人民所用，需要储能装置来储存转化输出为稳定的可以为人们直接使用的能源。可充电二次离子电池因其高能量密度、长循环寿命和环境友好性，已经广泛被研究和应用。目前，锂离子电池的发展受限于锂金属的资源短缺，而钠金属资源丰富，价格低廉，因此钠离子电池引起人们的关注。由于钠离子半径比锂离子半径大，传统的应用在锂离子电池阳极材料的石墨不能满足钠离子电池的需求，因此需要寻找合适的钠离子电池阳极材料。

近年来，过渡金属氧化物、硫化物和硒化物凭借着高理论比容量、良好的循环稳定性和优异的倍率性能被广泛研究作为钠离子电池阳极材料。其中，过渡金属硒化物的导电性最好，有望成为高倍率性能的钠离子电池阳极材料，可以满足手机快速充电和新一代电动汽车的快速充电的发展需求。

目前，过渡金属硒化物已在超导、光电器件、催化、燃料敏化太阳能电池和超级电容器等领域得到了广泛的关注，在钠离子电池领域的研究也日益增加。本发明设计出一种可以用于高效钠离子电池的电极材料，可应用于未来的钠离子电池，特别是在苛刻环境下工作的钠离子电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高性能钠离子电池的电极材料及其制备方法。

本发明提供了一种用于钠离子电池的铁铜锡三元硒化物纳米材料，是一种过渡金属硒化物，包含有Fe、Cu、Sn三种过渡金属元素，Fe:Cu:Sn的摩尔比约为(7.7~8.3):1:1；所述铁铜锡三元硒化物纳米材料基体为FeSe₂，具有FeSe₂型相结构；Cu、Sn两种过渡金属元素均匀的分散在FeSe₂中。所述铁铜锡三元硒化物纳米材料微观呈现为若干纳米多面体堆叠形貌，纳米多面体各边长基本相等，为500~900nm；部分纳米多面体表面附着有细小的纳米颗粒。

对于纳米材料，多元复合或者多元掺杂很困难，特别是难以形成均匀的元素分布。对于硒化物纳米材料，因为相对于氧化物而言，硒与金属元素的结合偏弱，所以如何形成均一的多元金属硒化物，尤其是一个难点。本发明提供的铁铜锡三元硒化物纳米材料，从其微观形貌、相结构的分析和能谱对元素分布的分析，均可以看到，本发明实现了硒化物的真正的多元复合或者多元掺杂，且形成了各复合过渡金属元素的均匀分布，促进了硒与金属元素的结合，获得了均一的多元金属硒化物。