一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法和应用

本发明涉及一种二硒化铁的制备方法和应用。

背景技术：

1、由于锂资源的减少和锂金属价格的飙升，锂离子电池的发展遇到了瓶颈。钠离子电池(sibs)被认为是锂离子电池的一个有前途的替代品，因为它具有类似摇椅的储能机制和丰富的钠资源。碳材料(硬碳、石墨)、金属氧化物(氧化铁、氧化铜、氧化钼)、金属硫化物(硫化钼、硫化钴)、金属硒化物(二硒化铁、二硒化钼、二硒化铜)和合金材料(金属锡)被用作钠离子电池的负极，并且已经进行了大量的研究工作。其中，二硒化铁由于体积变化小、比容量高和较弱的多硒化物穿梭效应脱颖而出，被认为是钠离子电池中最有希望的负极材料。

2、然而，不足的导电性和在反复循环中不可避免的体积膨胀/收缩阻碍了二硒化铁商业应用的步伐。形貌调节和碳材料的加入是改善二硒化铁电化学性能的主要方法。然而，单一的碳包覆无法改善内部的导电性以及纳米颗粒聚集的问题仍然阻碍着二硒化铁的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是要解决二硒化铁在反应过程中不可避免的体积变化导致的结构不稳定和材料内部较差的导电性致使储钠性能不能完全发挥的问题，而提供一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法和应用。

2、一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

3、一、将碳纳米管分散到去离子水中，得到碳纳米管的分散液；

4、二、将硫酸亚铁铵和有机碳源加入到碳纳米管的分散液中，搅拌并超声波分散均匀，再加入硒粉和水合肼，继续搅拌形成均匀的混合液；

5、步骤二中所述的有机碳源为葡萄糖、蔗糖、壳聚糖、麦芽糖、柠檬酸和羟丙基纤维素中的一种或其中几种的混合物；

6、三、将混合液倒入到水热反应釜中，在高温高压下进行水热反应，得到反应产物；

7、四、对反应产物进行清洗，干燥，得到双碳策略优化的二硒化铁。

8、一种双碳策略优化的二硒化铁用于制备钠离子电池负极材料。

9、本发明的原理：

10、二硒化铁具有高的理论比容量，弱的多硒化物穿梭效应和储量丰富等优势。然而，二硒化铁在钠离子的嵌入/脱出过程中会发生不可避免的体积变化，导致其结构的稳定性降低。并且其内部较差的电子导电性致使二硒化铁的储钠性能不能充分发挥；本发明中带正电的碳纳米管将碳包覆的带负电的纳米二硒化铁颗粒结合成微球，包裹在二硒化铁一次颗粒表面的无定形碳不仅提高了导电性，而且作为缓冲层，缓解了钠离子嵌入/脱出过程中的体积变化，从而获得了出色的长循环寿命；此外，穿插在微球内的碳纳米管可以改善内部导电性，从而提高倍率性能。纵横交错的碳纳米管结构类似于"钢筋笼"，而二硒化铁纳米颗粒可以类比于建筑领域的"混凝土"；结果表明，双碳策略是内部和外部优化的有效途径，为优化用作高性能钠离子电池负极的金属硒化物提供了一个新的思路。

11、与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优势：

12、一、本发明通过一步水热法采用双碳策略对二硒化铁进行优化，有机碳源衍生的无定形碳包覆在二硒化铁一次颗粒表面，能够缓解二硒化铁在钠离子嵌入/脱出过程中的体积变化，碳纳米管穿插在二硒化铁微球的内部，能够提高其内部的电子导电性，因此，双碳策略优化的二硒化铁用作钠离子电池负极时，能够展现出更好的倍率性能和循环稳定性；

13、二、本发明采用双碳策略对二硒化铁进行优化，有机碳源衍生的无定形碳包覆在二硒化铁一次颗粒表面缓解其在钠离子嵌入/脱出过程中的体积变化，碳纳米管穿插在二硒化铁内部，能够提高二硒化铁内部的电子导电性；

14、三、本发明提供一种简单的一步水热法对二硒化铁进行结构优化；同时对其导电性差和结构稳定性差的问题进行解决，操作简单、可重复性高；

15、四、本发明以双碳策略优化的二硒化铁作为活性物质，以活性物质、导电剂、粘结剂混合研磨制备钠离子电池负极，具有导电性好、结构稳定性高等优点；该材料用于钠离子电池，展现出较好的倍率性能和优异的循环稳定性。

技术特征：

1.一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：

2.根据权利要求1所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于步骤一中所述的碳纳米管的质量与去离子的体积比为(100mg～200mg):(50ml～100ml)。

3.根据权利要求1所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于步骤二中所述的硫酸亚铁铵与硒粉的摩尔比为1:2。

4.根据权利要求1所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于步骤二中所述的硫酸亚铁铵的物质的量与有机碳源的质量比为(2mmol～6mmol):(0.2g～2g)。

5.根据权利要求1所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于步骤二中所述的有机碳源与碳纳米管的质量比为(0.2g～2g):(100mg～200mg)。

6.根据权利要求1所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于步骤二中所述的有机碳源的质量与水合肼的体积比为(0.2g～2g):(10ml～20ml)。

7.根据权利要求1所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法，其特征在于步骤三中所述的水热反应的温度为120℃～240℃，水热反应的时间为6h～48h。

8.如权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备的一种双碳策略优化的二硒化铁的应用，其特征在于一种双碳策略优化的二硒化铁用于制备钠离子电池负极材料。

9.根据权利要求8所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的应用，其特征在于一种双碳策略优化的二硒化铁用于制备钠离子电池负极材料具体是按以下步骤完成的：将一种双碳策略优化的二硒化铁作为活性物质，按照活性物质、导电剂与粘结剂的质量比为(7～8.5):(0.5～2):(0.5～1)加入到n-甲基吡咯烷酮中，研磨至均匀浆料，然后涂覆到铜箔上，得到钠离子电池负极材料。

10.根据权利要求8所述的一种双碳策略优化的二硒化铁的应用，其特征在于所述的导电剂为乙炔黑；所述的粘结剂为聚偏二氟乙烯。

技术总结
一种双碳策略优化的二硒化铁的制备方法和应用，它涉及一种二硒化铁的制备方法和应用。本发明的目的是要解决二硒化铁在反应过程中不可避免的体积变化导致的结构不稳定和材料内部较差的导电性致使储钠性能不能完全发挥的问题。方法：将硫酸亚铁铵和有机碳源加入到碳纳米管的分散液中，搅拌并超声波分散均匀，再加入硒粉和水合肼，再水热反应，得到双碳策略优化的二硒化铁。一种双碳策略优化的二硒化铁用于制备钠离子电池负极材料。本发明制备的双碳策略优化的二硒化铁用作钠离子电池负极时，能够展现出更好的倍率性能和循环稳定性。本发明可获得一种双碳策略优化的二硒化铁。

技术研发人员：袁国辉,徐铭,马煜,王安琳,林苏文
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12