CN110085834A - 一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110085834A
CN110085834A CN201910359271.9A CN201910359271A CN110085834A CN 110085834 A CN110085834 A CN 110085834A CN 201910359271 A CN201910359271 A CN 201910359271A CN 110085834 A CN110085834 A CN 110085834A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fe2o3 doping
nickelous
hours
preparation
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910359271.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李光达
樊思伟
李德明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qilu University of Technology
Original Assignee
Qilu University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qilu University of Technology filed Critical Qilu University of Technology
Priority to CN201910359271.9A priority Critical patent/CN110085834A/zh
Publication of CN110085834A publication Critical patent/CN110085834A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公布了一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法，是将六水硝酸镍、六次亚甲基四胺和九水硝酸铁，分别溶于异丙醇和乙二醇，分别搅拌至溶解后，再混合搅拌，将混合液装入反应釜中在150℃下反应6小时后，将所得固体用水和乙醇洗涤、干燥后，将所得的橘黄色的前驱体与硒粉放置于管式炉中，在氩氢混合气体氛围下400℃煅烧2小时。本发明所制备的铁掺杂的二硒化镍用于钠离子电池负极材料，展现出了优异的电化学性能，在大的电流密度下，经长循环后，仍然拥有较高的容量。而且，本发明的制备工艺简单，反应条件易于控制，为制备钠离子电池负极材料提供了新的思路。

Description

一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及新能源钠离子电池，特别是涉及铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法。
背景技术
钠离子电池由于金属钠储量丰富且价格较低等优点，被认为是可以取代锂离子电池且成为市场主导的最佳候选者。但由于钠离子半径(0.102nm)是锂离子半径(0.076nm)的1.34倍，严重限制了充放电循环中钠离子的嵌入与脱出，且令负极材料产生了更加严重的体积膨胀，从而导致了较差的电化学性能。而具有更加优异性能的钠离子电池对于下一代电子工业和能源的发展是极其重要的。因此，探寻一种适合于钠离子电池的高性能负极材料迫在眉睫。
过渡金属硒化物由于具有良好的导电性和高的理论容量而被人们广泛关注，并被应用于各个领域。而在所有的过渡金属硒化物中，由于二硒化镍在电化学上拥有更加特殊的性质(如电阻率低于10-3Ωcm等)，所以被认为是一种很有前景的负极材料。但二硒化镍仍然面临着诸多问题，如低的首圈库伦效率、大的体积膨胀等。为了解决上述问题，研究人员已经采取了多种方法。第一，对所得材料进行包覆处理。如包覆有碳的二硒化镍负极材料应用于钠离子电池时，在200mA g-1的电流密度下，循环100圈后仍然保留着468mAh g-1的比容量，有效的缓解了充放电过程中产生的体积膨胀、提高了导电性(J.S.Cho et al.Sci.Rep,2016,6,23338-23347)；第二，设计分层的微纳米结构。如正方形的二硒化镍纳米片在1000mA g-1的电流密度下，循环100圈后仍然保留着311mAh g-1的比容量，加快了钠离子和电子的传输效率(H.S.Fan et al.ACS Appl.Mater.Interfaces,2016,8,25261-25267)。第三，掺入杂原子。通过掺入其他原子，可以有效地提高材料的导电性，加快钠离子的嵌入与脱出，进而展现出良好的循环稳定性。如锰掺杂的二硫化钼中空纳米管在1000mA g-1的电流密度下，循环1000圈后仍然保留着160mAh g-1的比容量，极大地提升了材料的循环稳定性(T.Zheng et al.Inorg.Chem.Front,2018,5,1587-1593)。本发明采用了掺入杂原子的方法，在二硒化镍中掺入了杂原子铁，并将其应用于钠离子电池负极材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法。该发明利用镍和铁的前驱体，在氩氢混合气体氛围下，与硒粉反应制得一种铁掺杂的二硒化镍。该方法的制备工艺简单，反应条件易于控制，为制备钠离子电池负极材料提供了新的思路。
本发明所述的铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)前驱体的制备
将一定量的六水硝酸镍、六次亚甲基四胺和九水硝酸铁分别溶于异丙醇和乙二醇，分别搅拌至溶解后，再混合搅拌，将混合液装入反应釜中进行溶剂热反应，分离反应后反应液中的固体，用水和乙醇洗涤，在真空干燥箱中干燥后，得到橘黄色的前驱体。
(2)铁掺杂的二硒化镍的制备
将所得的前驱体与硒粉按一定的质量比例放置于管式炉中，在氩氢混合气体氛围下煅烧，即可得到铁掺杂的二硒化镍。
(3)负极材料的制备
将所得的铁掺杂的二硒化镍与导电剂和粘结剂(羧甲基纤维素)按照一定的质量比例混合，形成黏度适中的浆料，在行星球磨机上以400转每分钟的速度球磨4小时，将混合均匀的浆料用刮棒均匀的涂在铜箔上，在真空干燥箱中60℃烘干12小时，然后用切片机切成直径为12毫米的电极片。
步骤(1)中称量0.2181g六水硝酸镍、0.0528g六次亚甲基四胺和0.1010g九水硝酸铁，分别溶于20毫升异丙醇和10毫升乙二醇，分别搅拌15分钟至溶解后，再混合搅拌15分钟，将混合液装入反应釜中在150℃下反应6小时后，将所得固体用水和乙醇分别洗涤两次后，放置于真空干燥箱中60℃，干燥12小时。
步骤(2)中将所得的前驱体与硒粉按1：2的质量比例放置于管式炉中煅烧，200分钟内升到400℃，升温速率为2℃/min，保温2小时。
步骤(3)中铁掺杂的二硒化镍与导电剂和粘结剂(羧甲基纤维素)的质量比例为7:2:1，其中导电剂可以为乙炔黑、导电炭黑(Super P Li)、超导电炭黑(BP 2000)中的一种。
附图说明
图1是铁掺杂的二硒化镍的X射线衍射图。
图2是铁掺杂的二硒化镍的透射电镜图。
图3是铁掺杂的二硒化镍的循环伏安曲线图。
图4是铁掺杂的二硒化镍在2000mA g-1的电流密度下的循环性能测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，但本发明不限制于实施例。
实施例
铁掺杂的二硒化镍的制备
(1)前驱体的制备
分别称量0.2181g六水硝酸镍、0.0528g六次亚甲基四胺和0.1010g九水硝酸铁，分别溶于20毫升异丙醇和10毫升乙二醇，分别搅拌15分钟至溶解后，再混合搅拌15分钟，将混合液装入反应釜中在150℃下反应6小时后，将所得固体用水和乙醇分别洗涤两次后，放置于真空干燥箱中60℃，干燥12小时，得到橘黄色的前驱体。
(2)铁掺杂的二硒化镍的制备
将所得的前驱体与硒粉按1：2的质量比例放置于管式炉中，在氩氢混合气体氛围下煅烧，200分钟内升到400℃，升温速率为2℃/min，保温2小时，即可得到铁掺杂的二硒化镍。
如图1所示，其为铁掺杂的二硒化镍的X射线衍射图，图中表明，所制得的铁掺杂的二硒化镍为纯相。
如图2所示，其为铁掺杂的二硒化镍的透射电镜图，图中表明，所制得的铁掺杂的二硒化镍球形颗粒粒径主要分布在100～300nm范围内。
铁掺杂的二硒化镍应用为钠离子电池负极材料
用电子天平称取一定量已制备的铁掺杂的二硒化镍，然后按照7:2:1的比例称取导电剂(乙炔黑)和粘结剂(羧甲基纤维素)，滴入适量去离子水形成黏度适中的浆料，在行星球磨机上以400转每分钟的速度球磨4小时，将混合均匀的浆料用刮棒均匀的涂在铜箔上，在真空干燥箱中60℃烘干12小时，然后用切片机切成直径为12毫米的电极片。
选用以上获得的电极片作为负极，金属钠片作为对电极，Celgard 2400微孔聚丙烯作为隔膜，1mol L-1的三氟甲基磺酸钠(NaCF3SO3)作为电解液，在充满氩气的手套箱中进行电池组装，组装完成后通过纽扣电池封口机进行封口，静置12小时后，对制作的钠离子电池进行充放电循环性能等电化学性能测试。
如图3所示，其为铁掺杂的二硒化镍的循环伏安曲线图，通过电化学工作站(辰华CHI 660E)对组装的电池进行了循环伏安曲线测试。第一圈发生氧化峰的位置在1.87和1.78V左右，发生还原峰的位置在1.26和1.02V左右。第二圈和第三圈基本上完全重合，只是氧化峰的位置偏移到了1.82和1.72V左右，还原峰在1.45和1.11V左右。如图4所示，其为铁掺杂的二硒化镍的循环性能测试图，通过蓝电电池测试系统(CT 2001A)对组装的电池进行循环稳定性测试。在2000mA g-1的电流密度下，在循环1000次之后还能保持213mAh g-1的容量，表现出了十分优异的循环性能。

Claims (7)

1.一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)前驱体的制备
将一定量的六水硝酸镍、六次亚甲基四胺和九水硝酸铁分别溶于异丙醇和乙二醇，分别搅拌至溶解后，再混合搅拌，将混合液装入反应釜中进行溶剂热反应，分离反应后反应液中的固体，用水和乙醇洗涤，在真空干燥箱中干燥后，得到橘黄色的前驱体。
(2)铁掺杂的二硒化镍的制备
将所得的前驱体与硒粉按一定的质量比例放置于管式炉中，在氩氢混合气体氛围下煅烧，即可得到铁掺杂的二硒化镍。
(3)负极材料的制备
将所得的铁掺杂的二硒化镍与导电剂和粘结剂(羧甲基纤维素)按照一定的质量比例混合，形成黏度适中的浆料，在行星球磨机上以400转每分钟的速度球磨4小时，将混合均匀的浆料用刮棒均匀的涂在铜箔上，在真空干燥箱中60℃烘干12小时，然后用切片机切成直径为12毫米的电极片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中称量0.2181g六水硝酸镍、0.0528g六次亚甲基四胺和0.1010g九水硝酸铁，分别溶于20毫升异丙醇和10毫升乙二醇，分别搅拌15分钟至溶解后，再混合搅拌15分钟，将混合液装入反应釜中在150℃下反应6小时后，将所得固体用水和乙醇分别洗涤两次后，放置于真空干燥箱中60℃，干燥12小时。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中前驱体与硒粉的的质量比例为1：2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中的煅烧温度为400℃，升温速率为2℃/min，保温时间为2小时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中铁掺杂的二硒化镍与导电剂和粘结剂的质量比例是7:2:1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中导电剂可以为乙炔黑、导电炭黑(Super P Li)、超导电炭黑(BP 2000)中的一种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所得的铁掺杂的二硒化镍球形颗粒粒径主要分布在100～300nm范围内。
CN201910359271.9A 2019-04-29 2019-04-29 一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法 Pending CN110085834A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910359271.9A CN110085834A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910359271.9A CN110085834A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110085834A true CN110085834A (zh) 2019-08-02

Family

ID=67417951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910359271.9A Pending CN110085834A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110085834A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110767886A (zh) * 2019-10-09 2020-02-07 齐鲁工业大学 一种球形的二硒化镍钠离子电池负极材料的制备方法
CN110931777A (zh) * 2019-10-29 2020-03-27 肇庆市华师大光电产业研究院 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN111717934A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 三峡大学 金属铁离子掺杂MoS2的钠离子电池负极材料的制备方法
CN113422032A (zh) * 2021-07-02 2021-09-21 上海电力大学 一种钠离子电池负极材料NiSe2@C微球的制备方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105947995A (zh) * 2016-04-22 2016-09-21 国家纳米科学中心 表面富硒的NiSe2纳米片、其制备方法及用途
CN106025244A (zh) * 2016-07-30 2016-10-12 复旦大学 一种硒化镍/石墨烯/碳纳米管复合材料及其制备方法
CN106252616A (zh) * 2016-07-30 2016-12-21 复旦大学 一种硒化镍/中空碳纤维复合材料及其制备方法
CN107170971A (zh) * 2017-05-18 2017-09-15 武汉理工大学 铁掺杂的二硒化镍微米花作为可充室温镁电池正极活性材料的应用
CN107475737A (zh) * 2017-07-17 2017-12-15 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金属掺杂的NiSe2纳米片及其制备方法与应用
CN108486605A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 济南大学 一种具有优异电解水性能的碳包覆硒化镍钴纳米材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105947995A (zh) * 2016-04-22 2016-09-21 国家纳米科学中心 表面富硒的NiSe2纳米片、其制备方法及用途
CN106025244A (zh) * 2016-07-30 2016-10-12 复旦大学 一种硒化镍/石墨烯/碳纳米管复合材料及其制备方法
CN106252616A (zh) * 2016-07-30 2016-12-21 复旦大学 一种硒化镍/中空碳纤维复合材料及其制备方法
CN107170971A (zh) * 2017-05-18 2017-09-15 武汉理工大学 铁掺杂的二硒化镍微米花作为可充室温镁电池正极活性材料的应用
CN107475737A (zh) * 2017-07-17 2017-12-15 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金属掺杂的NiSe2纳米片及其制备方法与应用
CN108486605A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 济南大学 一种具有优异电解水性能的碳包覆硒化镍钴纳米材料及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110767886A (zh) * 2019-10-09 2020-02-07 齐鲁工业大学 一种球形的二硒化镍钠离子电池负极材料的制备方法
CN110931777A (zh) * 2019-10-29 2020-03-27 肇庆市华师大光电产业研究院 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN110931777B (zh) * 2019-10-29 2021-07-13 肇庆市华师大光电产业研究院 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN111717934A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 三峡大学 金属铁离子掺杂MoS2的钠离子电池负极材料的制备方法
CN113422032A (zh) * 2021-07-02 2021-09-21 上海电力大学 一种钠离子电池负极材料NiSe2@C微球的制备方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109755545B (zh) 多孔碳材料及其制备方法、多孔碳/硫复合材料、电池正极材料、锂硫电池及其应用
CN105742602B (zh) 一种钠离子电池负极用Sn/MoS2/C复合材料及其制备方法
CN110085834A (zh) 一种铁掺杂的二硒化镍高性能钠离子电池负极材料的制备方法
CN105789584A (zh) 一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用
CN107902633B (zh) 一种硒化黄铁矿材料及其制备的电池
CN109167035A (zh) 碳包覆的硫化亚铁负极材料、制备方法及其制备的钠离子电池
CN106532012A (zh) 一种硫‑生物质碳/过渡金属复合电极材料及其制备方法和应用
CN110752360B (zh) 一种S-Ni3C/NiO复合锂硫电池正极材料的制备方法
CN108777294B (zh) 一种由纳米片组成的碳支持的多孔球形MoN及其作为负极材料在锂电池中的应用
CN104600293A (zh) 用于钠离子电池的微纳结构硫化锑负极材料及其制备方法
CN107768645B (zh) 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法
CN107293710A (zh) 过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池
CN108658119A (zh) 一种低温硫化技术用于制备硫化铜纳米片及其复合物的方法和应用
CN114944476B (zh) 一种MoS2/Fe2O3异质结构@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用
CN115057485A (zh) 一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN109286002B (zh) 一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法
CN106058193A (zh) 一种新型钠离子电池负极材料及其制备方法和应用
CN107946564B (zh) 富钠锰基Na4Mn2O5/Na0.7MnO2复合材料及其制备方法和应用
CN105742630A (zh) 一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料及其制备方法
CN105084425B (zh) 一种具有无定型结构二硫化钴微米球的制备方法及应用
CN113782724A (zh) 一种磷化镍铁-碳复合材料及其制备方法和用途
CN105098157A (zh) Fe4[Fe(CN)6]3@Co3[Co(CN)6]2复合材料的制备方法及其应用
CN110563052B (zh) 一种碳和氧化镧共包覆改性镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN106784750A (zh) 一种TiO/C负极材料及其制备方法和应用
CN106340630A (zh) 一种SiO2/C复合纳米材料的制备方法及其在锂电池负极材料的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190802