CN108821247B - 一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法 - Google Patents

一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法。工艺过程为：1.将四水醋酸钴和聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙醇中配成混合溶液；2.经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为80～120℃，水热时间为3～6h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体；3.取一定量的Co棱柱形前驱体和去离子水配成混合溶液，然后依次加入亚硒酸和水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为120～220℃，水热时间为18～32h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒。本发明操作简单，易重复，生产周期短，适于CoSe2电极材料的大规模生产。

Description

一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法
技术领域
本发明属于功能纳米材料领域，具体涉及一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，能源和环境问题已成为当今世界的热点。在目前的燃料体系中，化石燃料仍然占据主导地位。然而化石能源的储量有限，人类日益增加的需求以及不加节制的开采，必然会导致化石能源的枯竭。因此，寻找新的可再生能源以及规模储能是今后面临的重点。电化学储能是一种简单而高效的储能方式，其中锂离子电池是目前广泛应用的电化学电源，但有限的锂资源大大的限制了其大规模的使用。人们把研究的目光转向了和锂位于同一主族的元素。钾资源地球储量丰富、成本低，大大降低了二次电池生产成本。然而，钾离子电池存在所报道的电极材料的能量密度低的问题，因此，开发具有高能量密度的钾离子电池电极材料非常重要。
目前，具有高容量的钾离子电池负极材料的发展已经取得了长足的进步，包括碳材料、碳复合材料、磷化物、氧化物、硫化物、硒化物以及合金类材料。硒化钴在锂离子体系中已经被广泛研究，通过转换反应的电化学机制表现出较好的电化学性能。但是硒化钴作为钾离子电池负极材料的报道目前还没有。传统的合成硒化钴的方法有固态反应法、化学沉淀法、高温自蔓延法等，但是这些方法通常都是需要使用高温引发反应以及复杂加工的高温过程。近年来，水热合成硒化钴纳米材料已经成为一种有效的合成方法。因此，采用简单的方法制备一种形貌可控的硒化钴作为钾离子电池的负极材料是非常具有科学意义的。就文献调研而言，未见水热法制备钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极材料的报道。
发明内容
本发明提供一种简单、高效、低成本制备钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法。
一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将四水醋酸钴和聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙醇中配成混合溶液，其中四水醋酸钴和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：(2～5)，乙醇溶液为30～60ml；
2)经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为80～120℃，水热时间为3～6h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体，其中清洗所需的溶液为乙醇；
3)取一定量的Co棱柱形前驱体和去离子水配成混合溶液，然后依次加入亚硒酸和水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为120～220℃，水热时间为18～32h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒，其中Co前驱体的质量为25～45mg，去离子水的量为12～24ml，亚硒酸的量为20～180mg，水合肼的量为0～20ml，反应釜的体积为40～60ml，清洗所需溶液为乙醇。
进一步地，步骤2)所述的Co棱柱形前驱体颗粒粒径为300～600nm。
进一步地，步骤3)所述的加入亚硒酸和水合肼后搅拌时间为1～2min，所制备的三维骨架状CoSe2颗粒粒径大小为500nm～2μm。
本发明所提出的一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法，尚未见文献报道。制备方法简单，方法新颖，生产周期短。而三维骨架状CoSe2颗粒由于其具有特殊的结构和较小的尺寸，能够大大提高其比表面积，有希望在钾离子电池领域得到广泛的应用。
该方法具有以下优点：
1)本发明采用了简单的制备方法，在水热的环境下有利于控制产物的结构，反应温度低，重复性高，成本低，满足大规模生成制备的需求。
2)通过对反应时间和反应成分的精确控制，在较短的时间内制备出不同尺寸和不同形貌的硒化钴纳米颗粒。
3)本发明的制备方法制备的钾离子电池比容量较高，循环稳定性能优异。
附图说明
图1为本发明制备的钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2纳米颗粒的XRD图谱；
图2为本发明制备的钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2纳米颗粒的FESEM照片；
图3为本发明制备的钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2纳米颗粒的循环容量图。
具体实施方式
实施例一
称量四水醋酸钴粉末0.15g和聚乙烯吡咯烷酮粉末0.3g溶解在40ml乙醇形成混合溶液。经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为80℃，水热时间为4h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体。取40mg的Co棱柱形前驱体和30ml去离子水配成混合溶液，然后依次加入98mg亚硒酸和10ml水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为160℃，水热时间为24h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒。采用本实施例制备的三维骨架状CoSe2纳米颗粒为工作电极，钾为对电极，组装成扣式电池，在50mA·g-1的电流密度下，测试循环性能。测试结果表明，本例制备的钾电负极具有良好的电化学性能，在50mA·g-1的电流密度下，循环100圈后，比容量为150mAh·g-1。
实施例二
称量四水醋酸钴粉末0.12g和聚乙烯吡咯烷酮粉末0.36g溶解在40ml乙醇形成混合溶液。经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为100℃，水热时间为4h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体。取40mg的Co棱柱形前驱体和20ml去离子水配成混合溶液，然后依次加入98mg亚硒酸和20ml水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为160℃，水热时间为24h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒。采用本实施例制备的三维骨架状CoSe2纳米颗粒为工作电极，钾为对电极，组装成扣式电池，在50mA·g-1的电流密度下，测试循环性能。测试结果表明，本例制备的钾电负极具有良好的电化学性能，在50mA·g-1的电流密度下，循环100圈后，比容量为160mAh·g-1。
实施例三
称量四水醋酸钴粉末0.2g和聚乙烯吡咯烷酮粉末0.4g溶解在40ml乙醇形成混合溶液。经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为90℃，水热时间为4h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体。取40mg的Co棱柱形前驱体和30ml去离子水配成混合溶液，然后依次加入160mg亚硒酸和10ml水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为200℃，水热时间为24h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒。采用本实施例制备的三维骨架状CoSe2纳米颗粒为工作电极，钾为对电极，组装成扣式电池，在50mA·g-1的电流密度下，测试循环性能。测试结果表明，本例制备的钾电负极具有良好的电化学性能，在50mA·g-1的电流密度下，循环100圈后，比容量为165mAh·g-1。
实施例四
称量四水醋酸钴粉末0.15g和聚乙烯吡咯烷酮粉末0.4g溶解在40ml乙醇形成混合溶液。经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为100℃，水热时间为5h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体。取30mg的Co棱柱形前驱体和30ml去离子水配成混合溶液，然后依次加入50mg亚硒酸和10ml水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为160℃，水热时间为24h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒。采用本实施例制备的三维骨架状CoSe2纳米颗粒为工作电极，钾为对电极，组装成扣式电池，在50mA·g-1的电流密度下，测试循环性能。测试结果表明，本例制备的钾电负极具有良好的电化学性能，在50mA·g-1的电流密度下，循环100圈后，比容量为146mAh·g-1。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.将四水醋酸钴和聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙醇中配成混合溶液，其中四水醋酸钴和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：(2～5)，乙醇溶液为30～60ml；
b.经过搅拌后，把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为80～120℃，水热时间为3～6h，反应完成后的粉末进行离心清洗得到Co的棱柱形前驱体，其中清洗所需的溶液为乙醇；
c.取一定量的Co棱柱形前驱体和去离子水配成混合溶液，然后依次加入亚硒酸和水合肼，经过搅拌后把混合溶液转移到反应釜中进行水热处理，水热温度为120～220℃，水热时间为18～32h，反应完成后的粉末进行离心清洗，最后得到三维骨架状的CoSe2颗粒，其中Co前驱体的质量为25～45mg，去离子水的量为12～24ml，亚硒酸的量为20～180mg，水合肼的量为0～20ml，反应釜的体积为40～60ml，清洗所需溶液为乙醇。
2.根据权利要求1所述的钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法，其特征在于所述步骤b中的Co棱柱形前驱体颗粒粒径为300～600nm。
3.根据权利要求1所述的钾离子电池负极材料用三维骨架状CoSe2电极的制备方法，其特征在于所述步骤c中加入亚硒酸和水合肼后搅拌时间为1～2min，所制备的三维骨架状CoSe2颗粒粒径大小为500nm～2μm。
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