一种高振实密度同源异质结构FeSe电极材料及制备方法

本发明属于钠离子电池电极材料，具体涉及一种高振实密度同源异质结构fese电极材料及制备方法。

背景技术：

1、与传统的锂离子电池相比，钠离子电池具有资源丰富、成本低廉、安全性高等优点，在大规模储能领域具有较大的应用前景。但是，na+的半径较大，电化学反应动力学缓慢，且较大的半径导致电极材料在反复充放电过程中产生巨大的应力应变，造成颗粒粉碎，缩短电池寿命。

2、目前，常用的改进策略涉及与碳组分的复合，步骤冗繁且电极材料振实密度较低，造成电池体积容量和能量密度低，不利于其实际应用。这些策略主要集中在外部电荷转移、严重的电极极化和缓慢的na+扩散动力学上，这些仍然是实现高性能sib的关键障碍。此外，碳组分的存在将降低电极材料的振实密度，并随后降低电池的体积容量和能量密度。例如，通过水热加后续热处理得到的fese@cns，尽管碳壳在稳定电化学反应中产生的fe/na2se界面方面发挥着至关重要的作用，但依然难以达到令人满意的能力密度。

3、因此，开发有效的策略，制备一种高振实密度、高容量电极材料，并将其应用在长循环寿命钠离子电池中，对推进钠离子电池实际应用极为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是：克服现有技术中存在的问题，提供一种高振实密度同源异质结构fese电极材料及制备方法，采用同源异质结构构建策略提升材料的抗应变能力，由此制备具有良好结构稳定性的高容量电极材料，同时材料制备步骤简单，振实密度高，为高效电极材料的设计合成和高体积容量电池的开发提供了新思路。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种高振实密度同源异质结构fese电极材料，所述fese电极材料中含有四方晶相t-fese和六方晶相h-fese所组成的同源异质结构。

3、本发明还提供一种高振实密度同源异质结构fese电极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将铁粉与硒粉用玛瑙研钵进行混合，铁粉和硒粉的质量比为1~2:1~3，得到深棕色混合粉料；

5、s2、将深棕色混合粉料置于管式炉中，再还原气氛中进行加热还原，煅烧温度为700℃，保温时间为2h，得到同源异质结构fese电极材料。

6、所述步骤s1中，利用玛瑙研钵混合后铁粉和硒粉的粒径为20~100um。

7、所述步骤s2中，还原气氛为h2气或ar气。

8、所述步骤s2中，加热还原过程中，起始温度为25℃，升温速率为5℃/min。

9、本发明的有益效果是：

10、1）本发明的制备方法中采用同源异质结构构建策略提升材料的抗应变能力，由此制备具有良好结构稳定性的高容量电极材料，同时材料制备步骤简单，振实密度高，为高效电极材料的设计合成和高体积容量电池的开发提供了新思路。

11、2）本发明所制备的高振实密度同源异质结构fese电极材料，具有优越的电化学性能实验结果表明，该电极具有良好的电化学性能，首次库伦效率高达94.1%；在5a g-1的高电流密度下，可稳定循环4000次，性能甚至优于现有的碳包覆硒化物电极材料。

12、3）本发明所制备的fese电极材料为同源异质结构，不仅具有加速离子扩散动力学、增强电导率和内置电场效应赋予的优化离子吸附等吸引人的优点，而且同源异质结构还具有更好的界面良好耦合性和较好的晶格匹配，有效缓解了转换型机制电极材料fese的体积应变，保证了在反复充放电过程中电极材料的结构稳定性。

13、因此，在没有碳组分存在下，所制备得到的高振实密度同源异质结构fese储钠负极表现出优良的结构稳定习性，所组装的电池展现出高倍率、长循环等优异的综合电化学性能。

14、4）本发明采用的制备方法简单、成本较低、易批量化生产；所制备得电极材料不含碳，有效提升电极材料的振实密度和电池的能量密度。

技术特征：

1.一种高振实密度同源异质结构fese电极材料，其特征在于：所述fese电极材料中含有四方晶相t-fese和六方晶相h-fese所组成的同源异质结构。

2.一种高振实密度同源异质结构fese电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高振实密度同源异质结构fese电极材料及制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，利用玛瑙研钵混合后铁粉与硒粉的粒径为20~100um。

4.根据权利要求2所述的一种高振实密度同源异质结构fese电极材料及制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，还原气氛为h2气或ar气。

5.根据权利要求2所述的一种高振实密度同源异质结构fese电极材料及制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，加热还原过程中，起始温度为25℃，升温速率为5℃/min。

技术总结
本发明公开了一种高振实密度同源异质结构FeSe电极材料及制备方法，属于技术领域；该FeSe电极材料中含有四方晶相t‑FeSe和六方晶相h‑FeSe所组成的同源异质结构，其振实密度高达2.57cm<supgt;3</supgt;g<supgt;‑1</supgt;；由铁粉与硒粉用玛瑙研钵均匀混合，采用管式炉进行加热还原，制备得到同源异质结构FeSe电极材料。本发明将制备得到的无碳同源异质晶相FeSe电极材料作为钠离子电池负极，表现出良好的结构稳定性和优秀的倍率性能；异质相边界处的电荷再分配和晶格畸变可以提高电荷转移效率，为金属离子传输提供通道，并为可逆氧化还原反应提供额外的活性位点，加速材料的离子传输动力学和离子存储能力，进而获得优异的长循环性能和高倍率性能。

技术研发人员：肖莹,缪悦,龚凤莲,胡世霖,陈仕谋
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19