CoSe/Te复合材料、制备方法及应用与流程

本发明涉及新能源材料中可充电电池正极材料，特别是涉及一种cose/te复合材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、近几年来，随着化石能源的枯竭，可再生能源的使用比例越来越高。我们可以预见的是，在未来可再生能源将成为人类的主要能源供给方式。为了从太阳能、风能、水能、潮汐能、和地热能等绿色、可持续的再生能源中高效收集和存储能源，并进一步地将这些可再生能源纳入到大规模储能系统中，人们发展了各种各样的储能技术。在这些不同种类的储能技术中，二次电池具有能量转换效率高、使用寿命长、维护简单、成本低廉的优点，因而最有前景。

2、在二次电池中，镁离子电池具有很多优势：1、镁元素在地球的储藏量非常丰富是锂的1700倍，价格更便宜；2、镁离子不会形成枝晶，更安全；3、金属镁及其化合物低毒或无毒，极具环境友好性；4、最为重要的是，镁离子迀移携带两个电荷，镁电池具有更大的能量密度。

3、镁金属具有-2.37v(相对she电极)的低电极电位和3866mah/cm3的体积比容量，几乎是锂金属的两倍(2046mah/cm3)。这就意味着基于镁离子电池的产品可以工作更长的时间。近些年来，镁离子电池受到越来越多的关注,镁离子电池已被提议作为更便宜、更安全的下一代先进电池系统。但由于镁的极化大，溶剂化作用强，嵌入到无机宿主中的两电子转移过程困难。这导致镁离子在正极材料中的移动会很缓慢，大倍率充放电时性能表现差。因此，探索合适的具有良好脱出和嵌入镁离子性能的正极材料是提高镁离子电化学存储能力的关键。

4、在现有的镁离子电池正极材料中，由于硒化钴(cose)材料具有中空多面体结构提供了很大的比表面积，这将增强电极-电解质界面上的电荷转移。此外，该正极材料具有大量电化学活性位点利于离子传输和电子传导。因此，具有短程离子扩散路径和电子传导基质的纳米结构的电极材料将是不可或缺的，尤其是对于多价阳离子，如mg2+。对此，中空结构将有利于固态mg2+扩散，硒化钴(cose)材料可以作为镁离子电池的潜在正极材料。然而，由于导电性差和极化严重等问题，未加修饰的cose在充放电过程中比容量性能比较低，倍率性能和循环稳定性等方面也表现出不太理想的性能。

5、元素(te)材料由于良好的物理性能和化学性能，并且具有高的导电率,将碲粉与cose材料复合，有望改善cose固有导电性差等问题。硫族元素碲(te)由于其高理论容量和大原子半径，可以很好地适应mg2+引起的强静电相互作用。正是受到以上这几种材料的优点的启发，我们将cose材料与te粉复合突出了一种有利于电化学储镁活性的化学结构，有望获得具有较高的电化学性能的镁离子电池正极材料。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有镁离子电池中镁离子在正极材料中的移动会很缓慢，大倍率充放电时性能表现差的问题，提供一种cose/te复合材料、制备方法及应用。

2、一种cose/te复合材料，包括具有金属框架结构的硒化钴，所述硒化钴掺杂有碲；所述碲的重量为所述cose/te复合材料总质量的20％。

3、一种cose/te复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)制备zif-67/te；

5、2)使zif-67/te高温硒化，得到cose/te复合材料。

6、作为一种优选方案，所述zif-67/te的制备方法包括以下步骤：

7、a)将碲粉溶于溶剂a中，得到溶液b；

8、b)使2-甲基咪唑与六水硝酸钴溶于溶剂a中，得到溶液c；

9、c)将溶液b和溶液c混合老化后，得到zif-67/te。

10、作为一种优选方案，所述溶剂a为甲醇溶液，所述甲醇溶液的浓度为99％。

11、作为一种优选方案，步骤a)中所述碲粉通过超声方式溶于所述溶剂a中。

12、作为一种优选方案，步骤b)中所述2-甲基咪唑与六水硝酸钴置于溶剂a中经磁力搅拌后得到溶液c。

13、作为一种优选方案，所述碲粉、2-甲基咪唑与六水硝酸钴的质量比为x:y:z；其中x取值为0.1～0.5，y取值为1～2，z取值为0.5～1.5。

14、作为一种优选方案，步骤c)将溶液b和溶液c混合老化后经离心、洗涤、预干燥以及真空干燥，得到zif-67/te。

15、作为一种优选方案，所述预干燥的温度为80℃。

16、作为一种优选方案，所述真空干燥的温度60℃；所述真空干燥时长为16h。

17、作为一种优选方案，步骤2)中步骤2)中所述zif-67/te与硒粉的质量比为a:b,其中a取值为0.8～1.2,b取值为1.5～2.5。

18、作为一种优选方案，步骤2)中zif-67/te与硒粉在玛瑙研钵内以相同方向混合。

19、作为一种优选方案，zif-67/te与硒粉在玛瑙研钵内混合的时长不少于30min。

20、作为一种优选方案，步骤2)中zif-67/te与硒粉置于管式炉中，在n2气氛下，温度为800℃的条件下硒化反应3h，得到cose/te复合材料。

21、作为一种优选方案，所述管式炉内的升温速度为2℃/min。

22、一种cose/te复合材料的应用，如上所述制备方法制备出来的cose/te复合材料作为正极材料应用于镁离子电池中。

23、本发明的有益效果为：

24、1.碲掺杂金属框架结构cose纳米片形成异质结，有利于提高cose/te复合材料的导电性，增强了电极-电解质界面上的电荷转移，降低界面电阻，有利于提高反应动力学；

25、2.由于cose具有中空多面体结构提供了很大的比表面积，有利于电解液渗入到电极材料中；此外，cose/te复合材料具有大量电化学活性位点利于离子传输和电子传导；与此同时，元素碲(te)由于其高理论容量和大原子半径，可以很好地适应mg2+引起的强静电相互作用，从而提高了镁离子电池的比容量；

26、3.以cose/te复合材料为正极材料的镁离子电池比容量保持率达到83.7％；该镁离子电池具有较好的倍率性能，cose/te复合材料的电化学性能好。

技术特征：

1.一种cose/te复合材料，其特征在于，包括具有金属框架结构的硒化钴，所述硒化钴掺杂有碲；所述碲的重量为所述cose/te复合材料总质量的20％。

2.一种cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，所述zif-67/te的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂a为甲醇溶液，所述甲醇的浓度为99％。

5.根据权利要求3所述的cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述碲粉通过超声方式溶于所述溶剂a中。

6.根据权利要求3所述的cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述2-甲基咪唑与六水硝酸钴置于溶剂a中经磁力搅拌后得到溶液c。

7.根据权利要求3所述的cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，所述碲粉、2-甲基咪唑与六水硝酸钴的质量比为x:y:z；其中x取值为0.1～0.5，y取值为1～2，z取值为0.5～1.5。

8.根据权利要求2所述的cose/te复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述zif-67/te与硒粉的质量比为a:b,其中a取值为0.8～1.2,b取值为1.5～2.5。

9.一种cose/te复合材料的应用，其特征在于，如权利要求2-8中任一项所述的制备方法制备出来的cose/te复合材料作为正极材料应用于镁离子电池中。

技术总结
本发明涉及一种CoSe/Te复合材料，包括具有金属框架结构的硒化钴，所述硒化钴掺杂有碲。所述CoSe/Te复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备ZIF‑67/Te；2)使ZIF‑67/Te高温硒化，得到CoSe/Te复合材料；如上所述的制备方法制备出来的CoSe/Te复合材料作为正极材料应用于镁离子电池中。本发明所述CoSe/Te复合材料的导电性好，以CoSe/Te复合材料为正极材料的镁离子电池的比容量高，且该镁离子电池具有优异的倍率性能，以及良好的循环稳定性能。

技术研发人员：崔立峰,许润景,张新河
受保护的技术使用者：广东格林赛福能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14