【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及新能源材料，具體涉及一種鋰離子電池電極材料及其制備方法。
技術介紹
1、隨著社會經濟水平的發展和人民生活水平的提高，人類對能源的需求與日俱增，但是化石燃料等資源的日益枯竭，已對全球人類的能源安全構成直接的威脅。為此發展新能源產業一度成為各國擺脫經濟衰退、創造就業機會、搶占未來發展制高點的重要戰略之一。鋰離子電池因其具有高能量密度、長循環壽命、環境友好性等優點，從眾多新能源中脫穎而出，在移動電子設備、新能源汽車等領域具有廣泛的應用。
2、然而，目前商業化鋰離子電池的負極材料通常為石墨，但是石墨的理論容量只有372mah/g，無法滿足高性能鋰離子電池的需求，因此人們展開了一些列高能量鋰離子電池負極材料的研究，如過渡金屬氧化物、過度金屬硫化物、過渡金屬硒化物等。相比于過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物，過渡金屬硒化物不僅具有高的理論比容量，而且電壓平臺低，極化小，是一種較有潛力的鋰離子電池負極材料。但是過渡金屬硒化物在充放電過程中，由于鋰離子的嵌入和脫出，會發生巨大的體積變化，從而使活性物質粉化，導致活性物質與集流體脫離，造成容量衰減，材料循環壽命及穩定性較差。此外，過渡金屬硒化物的導電性較差，阻礙了電子在活性材料內部的快速轉移。
3、目前，雙金屬硒化物相較于單一金屬硒化物由于具有較低的帶隙和更好的導電性，作為電池類電極材料引起了人們的極大關注。但是雙金屬硒化物的形貌結構對于其電化學性能有著顯著的影響，例如納米線、納米片、納米管、納米球等同一材料的不同結構，其展現出的電化學性能也存在明顯差異。電極材料
技術實現思路
1、基于上述技術問題，本專利技術目的在于提供一種鋰離子電池電極材料，具體是立方狀硒化物和碳組成的立方狀碳基復合材料。
2、本專利技術另一目的在于提供上述鋰離子電池電極材料的制備方法。該方法制備的硒化物碳基復合材料形貌均一、尺寸均勻性優異，分散性優異，碳材料對雙金屬硒化物形成了完整包覆，有效抑制體積膨脹效應，可有效應用到新能源汽車中，作為汽車的鋰離子蓄電池的負極電極材料。
3、本專利技術目的通過如下技術方案實現：
4、一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：包括制備mof材料，?mof材料預處理和硒化處理步驟，所述mof材料預處理是將mof材料浸泡于葡萄糖和烷基糖苷的混合水溶液中，于70~90℃下保溫0.5~1h，然后烘干。
5、所述混合水溶液中葡萄糖的質量百分濃度為20~40%，葡萄糖和烷基糖苷質量比為4:0.5~1。
6、進一步，所述硒化處理是將預處理后的mof材料和硒粉置于管式爐中，硒粉在上游，mof材料在下游，在氬氣氣氛下，以2~5℃/min速率升溫至400~450℃，保溫1.5~2.5h，該過程中氬氣流量為45~60sccm，然后繼續升溫至550~600℃，繼續保溫0.5~1h，該過程中氬氣氣流量為30~40sccm。
7、若電極材料的比表面積過小，材料的倍率性能不佳，循環性能也會較差，因此，一定程度上增加材料的比表面積對于提高電極材料的性能是有利的。立方結構的雙金屬硒化物復合材料具有較高的比表面積，可以有效提高材料的電化學性能。但是由于立方結構的mof材料同時具有平面和棱角，在高溫硒化過程中，很難保證其立方結構的穩定，在硒化過程中有機配體碳化時很容易發生結構破裂，導致立方結構坍塌，且自身容易發生團聚，最終形貌破損呈不規則狀，形成的碳材料也很難對硒化形成的雙金屬硒化物進行完整包裹，制備的材料作為電極材料時，充放電過程中則會面臨嚴重的體積膨脹效應，導致材料的循環穩定性，使用壽命等電化學性能下降。另外，硒化過程中容易產生一些mose2和cose2之外的金屬化合物雜質，純度較低，導致材料性能達不到預期。
8、本專利技術中制備得到的立方狀mnco-mof材料在硒化之前，采用高濃度的葡萄糖和烷基糖苷混合水溶液加熱浸泡預處理，之后再進行分步硒化處理，在浸泡過程中，在烷基糖苷及加熱作用下，葡萄糖緩慢滲入mnco-mof材料內部，在后續硒化時，滲入mnco-mof材料內部的烷基糖苷和葡萄糖同時改變了mnco-mof材料界面性質，穩定了mnco-mof材料模板效應，有效抑制了硒化過程中硒化過程中結構破裂、坍塌、團聚的問題。烷基碳糖及葡萄糖碳化的同時，與有機配體之前產生相互牽引作用力，誘導其在碳化過程中均勻包覆至雙金屬硒化物表面，形成完整包覆。
9、硒化處理時，本專利技術中通過在400~450℃下進行第一步硒化，再在550~600℃溫度下進行第二步硒化，兩步硒化過程中調節氬氣氣流量，調控硒化進程，有效減少了硒化過程中雜質的產生，同時，在上述硒化處理下，調節了烷基糖苷和葡萄糖和有機配體在碳化過程中的相互作用，提高了碳材料對金屬硒化物的包覆完整性。
10、上述立方狀結構的雙金屬硒化物中，mn基硒化物可以反應產生多種中間嘉泰的錳離子，形成不同的中間相，co基硒化物在電池中與li+發生合金化反應，兩種金屬元素通過反應提供了更多的反應活性位點，增大了儲鋰性能，且在立方狀結構中相互作為緩沖基體，有效緩解了充放電產生的體積效應，其表面均勻完整包覆的碳層結合特定的立方狀結構，進一步降低了體積膨脹，并提高了材料的導電率，顯示出了優異的鋰離子循環穩定性，這些性能對于該材料作為新能源汽車鋰離子蓄電池的電極材料時，優化鋰離子電池電化學性能，從而可以有效提提升新能源汽車的續航能力和穩定性等。
11、進一步，所述制備mof材料是將mn(ch3coo)2·4h2o和pvp-k30溶解于無水乙醇與去離子水組成的混合溶劑中，得溶液a，以k3co(cn)6溶解于去離子水中得溶液b，將溶液a和溶液b混合在室溫下老化制得mnco-mof材料。
12、進一步，所述溶液a中，mn(ch3coo)2·4h2o和pvp-k30的質量比為0.22~0.44:0.75~3，mn(ch3coo)2·4h2o與混合溶劑的質量體積比為0.1~0.5:100，單位為g/ml，無水乙醇與去離子水的體積比2:1。
13、進一步，所述溶液b中，k3co(cn)6和去離子水的質量體積比為0.13~0.68:100，單位為g/ml。
14、進一步，上述溶液a和溶液b按照mn和co摩爾比為1.2~1.8:1混合，室溫下老化15~26h。
15、最具體地，一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
16、（1）合成mnco-mof材料
17、將mn(ch3coo)2·4h2o和pvp-k30溶解于無水乙醇與去離子水組成的混合溶劑中，得溶液a，以k3co(cn)6溶解于去離子水中得溶液b，將將溶液a和溶液b按照mn和co摩爾比為1.2~1.8:1混合，在室溫下老化15~26h，離心收集沉淀，用乙醇和去離子水依次洗滌，然后干燥得mnco-mof，所述溶液a中，mn(ch3coo)2·本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：包括制備MOF材料，MOF材料預處理和硒化處理步驟，所述MOF材料預處理是將MOF材料浸泡于葡萄糖和烷基糖苷的混合水溶液中，于70~90℃下保溫0.5~1h，然后烘干，所述混合水溶液中葡萄糖的質量百分濃度為20~40%，葡萄糖和烷基糖苷質量比為4:0.5~1。
2.如權利要求1所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述硒化處理是將預處理后的MOF材料和硒粉置于管式爐中，硒粉在上游，MOF材料在下游，在氬氣氣氛下，以2~5℃/min速率升溫至400~450℃，保溫1~1.5h，該過程中氬氣流量為45~60sccm，然后繼續升溫至550~600℃，繼續保溫1~2.5h，該過程中氬氣氣流量為30~40sccm。
3.如權利要求1或2所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述制備MOF材料是將Mn(CH3COO)2·4H2O和PVP-K30溶解于無水乙醇與去離子水組成的混合溶劑中，得溶液A，以K3Co(CN)6溶解于去離子水中得溶液B，將溶液A和溶液B混合在室溫下老化制得MnCo-MOF
4.如權利要求1-3任一項所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述溶液A中，Mn(CH3COO)2·4H2O和PVP-K30的質量比為0.22~0.44:0.75~3，Mn(CH3COO)2·4H2O與混合溶劑的質量體積比為0.1~0.5:100，單位為g/mL，無水乙醇與去離子水的體積比2:1。
5.如權利要求4所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述溶液B中，K3Co(CN)6和去離子水的質量體積比為0.13~0.68:100，單位為g/mL。
6.一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.一種鋰離子電池電極材料，其特征在于：所述電極材料為立方狀的MnSe2/CoSe2/C復合材料，碳材料包覆于雙金屬硒化物MnSe2/CoSe2表面，上述MnSe2/CoSe2/C復合材料是以MnCo-MOF材料為前驅體，通過預處理后進行硒化處理獲得。
8.如權利要求7所述的一種鋰離子電池電極材料，其特征在于：所述預處理是將MnCo-MOF材料浸泡于葡萄糖和烷基糖苷的水溶液中，在70~90℃下保溫0.5~1h，然后烘干，所述混合水溶液中葡萄糖的質量百分濃度為20~40%，葡萄糖和烷基糖苷質量比為4:0.5~1。
9.如權利要求7或8所述的一種鋰離子電池電極材料，其特征在于：所述硒化處理是將預處理后的MnCo-MOF材料和硒粉置于管式爐中，硒粉在上游，MnCo-MOF材料在下游，在氬氣氣氛下，以2~5℃/min速率升溫至400~450℃，保溫1~1.5h，該過程中氬氣流量為45~60sccm，然后繼續升溫至550~600℃，繼續保溫1~2.5h，該過程中氬氣氣流量為30~40sccm。
...【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：包括制備mof材料，mof材料預處理和硒化處理步驟，所述mof材料預處理是將mof材料浸泡于葡萄糖和烷基糖苷的混合水溶液中，于70~90℃下保溫0.5~1h，然后烘干，所述混合水溶液中葡萄糖的質量百分濃度為20~40%，葡萄糖和烷基糖苷質量比為4:0.5~1。
2.如權利要求1所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述硒化處理是將預處理后的mof材料和硒粉置于管式爐中，硒粉在上游，mof材料在下游，在氬氣氣氛下，以2~5℃/min速率升溫至400~450℃，保溫1~1.5h，該過程中氬氣流量為45~60sccm，然后繼續升溫至550~600℃，繼續保溫1~2.5h，該過程中氬氣氣流量為30~40sccm。
3.如權利要求1或2所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述制備mof材料是將mn(ch3coo)2·4h2o和pvp-k30溶解于無水乙醇與去離子水組成的混合溶劑中，得溶液a，以k3co(cn)6溶解于去離子水中得溶液b，將溶液a和溶液b混合在室溫下老化制得mnco-mof材料。
4.如權利要求1-3任一項所述的一種鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述溶液a中，mn(ch3coo)2·4h2o和pvp-k30的質量比為0.22~0.44:0.75~3，mn(ch3coo)2·4h2o與混合溶劑的質量體積比為0.1~...
【專利技術屬性】
技術研發人員：柳紅東，李銳，何旭東，張志亮，張莉萍，黃敏，安悅儀，
申請(專利權)人：四川職業技術學院，
類型：發明
國別省市：
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