一种二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料、钾离子电池及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113410440A(43)申请公布日2021.09.17(21)申请号202110529196.3C01B32/15(2017.01)(22)申请日2021.05.14C01B19/04(2006.01)B82Y30/00(2011.01)(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号申请人广东佳纳能源科技有限公司(72)发明人杨成浩黄倩晖吴理觉汪华(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人何淑珍江裕强(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料、钾离子电池及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料、钾离子电池及其制备方法；所述复合材料包括二硒化钴颗粒和多孔氮掺杂碳，所述二硒化钴颗粒被限制在多孔氮掺杂碳的碳壳上。本发明将钴基金属框架ZIF‑67在高温惰性氛围中先碳化再硒化，得到二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料。本发明所采用的负极材料制备方法简便易操作，原料易得，重复性好，成功解决过渡金属硫化物负极在充放电过程中体积波动大导致活性物质粉化，从集流体上脱落的问题，并通过与电解液的优选匹配，最终构建了容量较高，循环稳定，倍率性能较好的钾离子电池体系。CN113410440ACN113410440A权利要求书1/1页1.一种二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料包括二硒化钴颗粒和多孔氮掺杂碳，所述二硒化钴颗粒被限制在多孔氮掺杂碳的碳壳上。2.根据权利要求1所述的二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料含碳量为25‑30％。3.权利要求1或2所述的二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)用钴源、十六烷基三甲基溴化铵和2‑甲基咪唑在水中混合搅拌、离心、干燥制备ZIF‑67纳米立方体；(2)将步骤(1)所述ZIF‑67纳米立方体在惰性气氛下升温至600℃～900℃保温1～4h，将其碳化，得到黑色粉末；(3)将步骤(2)得到的黑色粉末和过量硒粉在惰性气氛下升温至300℃～600℃保温2～6h，将其硒化，得到二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述2‑甲基咪唑和钴源的摩尔比为50～60：1，钴源和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比1:70～80；步骤(1)中所述的钴源为乙酸钴、硝酸钴、硫酸钴和氯化钴中的一种或多种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中制备得到的ZIF‑67纳米立方体的粒径范围为5nm～800nm。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述升温的速率控制在1～10℃/min；步骤(3)中所述升温的速率控制在1～10℃/min；步骤(3)中所述黑色粉末和硒粉分别放置，硒粉置于黑色粉末的上游。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述黑色粉末和硒粉的质量比控制在1:8‑12。8.一种钾离子电池，其特征在于，所述钾离子电池的负极包括权利要求1或2所述的二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料、导电碳和粘合剂，其质量比为60～90：20～0.5：20～0.5。9.根据权利要求8所述的钾离子电池，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素；所述钾离子电池的正极为金属钾片；所述钾离子电池的电解液包括溶质钾盐和溶剂乙二醇二甲醚。10.根据权利要求9所述的钾离子电池，其特征在于，所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、六氟磷酸钾、高氯酸钾中的任意一种；所述电解液中钾盐的摩尔浓度为1～5mol/L。2CN113410440A说明书1/5页一种二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料、钾离子电池及其制备方法技术领域[0001]本发明属于钾离子二次电池电极材料领域，具体涉及一种二硒化钴@多孔氮掺杂碳纳米复合材料、钾离子电池及其制备方法。背景技术[0002]在环境污染和能源危机日益严重的今天，市场对可再生能源及其相应的高效储能设备的需求越来越大。锂离子电池虽然在工业上得到了广泛的应用，但由于锂资源的短缺和在全球分布的不均衡，考虑到相似性，同族的钠和钾是较为理想的替代金属。地球上钠和钾含量丰富(锂：0.0017wt％；钠：2.36wt％；钾：2.09wt％)，价格远低于锂。与钠离子电池相比，钾离子电池具有与锂相似的氧化还原电位(‑2.93Vvs.‑3.04V)，有利于实现更高的输出电压，从而提高电池的能量密度；同时，由于K+的半径较大，