CN114583160A - 一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构 - Google Patents
一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构,属于纳米材料和电池技术领域。该负极材料结构采用简单的真空热蒸发技术制备,通过将硒化锡粉末加热在真空环境下到一定温度升华而在碳布上沉积形成硒化锡纳米片阵列,从而形成该复合负极材料结构。硒化锡纳米片阵列均匀的覆盖在碳布表面,使得每一个纳米片都可以贡献有效的容量,而且可以有效避免粉末材料的团聚现象,提高了材料的比容量和循环稳定性。并且该复合负极结构具有碳布的柔性,而碳布又增加了其导电性。相比于传统的电池负极材料,此结构无需使用粘结剂和导电剂,可直接作为钠离子电池负极使用,而且具有高的比容量,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料和电池技术领域,涉及一种钠离子电池负极材料结构,具体涉及一种硒化锡纳米片阵列/碳布复合钠离子电池负极材料结构。
背景技术
近年来,钠离子电池因其原材料储量丰富、成本低廉,同时钠和锂是相同的主族元素,具有相似的物理化学性质,被认为是锂离子电池最有前途的一种替代品。
SnSe作为IV族金属硫化物具有较高钠离子电池理论比容量(780mAh g-1),并且地球上自然元素丰富度较高,对环境友好,具有实现高性能钠离子电池负极材料的潜力。Lee等利用球磨法制备SnSe/C复合材料,并作为钠离子电池的负极材料进行研究,在钠离子电池中表现出优异的电化学性能,包括707mAh·g-1的高可逆容量和50次稳定的循环性能(Chem.Commun.,2015,51,50-53.);Du等人利用球磨方法制备硒化锡/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料,制备的SnSe/RGO纳米复合材料在0.05A·g-1的电流密度下表现出590mAh·g-1的可逆容量,以及在1A·g-1的电流密度下在120次循环中表现出98%的容量保持率及循环稳定性(Chem.Eur.J.,2016,22,1445-1451.);Guo等人将梯状团簇SnSe纳米片用作钠离子电池负极时,在0.05A·g-1电流密度下经过300次循环后仍可达到393mAh·g-1的高可逆容量(Small,2017,13,1702228.)。虽然近年来SnSe作为储钠负极材料已有一定的进展,但是SnSe反应过程中因体积变化而引起的循环问题,以及其半导体性质和反应过程中产物Sn造成的缓慢动力学问题仍急需解决。为了改善SnSe的循环稳定性以及提高其电导率,研究者一般将SnSe制备成二维纳米片的结构,并与导电碳材料(如石墨烯等)复合而得到纳米复合材料。
碳布具有力学方面的柔韧性和较好的导电性,而硒化锡具有较高的理论比容量,将二维硒化锡纳米片阵列生长在碳布上,每个纳米片都可以有效提供容量,并且还可以有效避免类似粉末材料中发生的团聚现象。除此以外,相较于传统的负极材料结构来说,避免了粘结剂的加入,同时碳布也可以提供部分容量,提高了SnSe复合材料比容量和循环稳定性,具有较高的潜在应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构。
一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构,包括硒化锡纳米片阵列和碳布。
作为优化,所述硒化锡纳米片阵列可由不同的物理或者化学方法制备而得。
作为优化,所述硒化锡纳米片阵列的物相为正交晶系纯相硒化锡。
作为优化,所述硒化锡纳米片厚度可以为10~20nm。
作为优化,所述硒化锡纳米片尺寸可以为0.5~5μm。
作为优化,所述硒化锡纳米片可以为多晶纳米片或单晶纳米片。
作为优化,所述碳布可以为亲水碳布和疏水碳布,不限类型。
本发明相比于传统的电池负极材料结构来说,避免了粘结剂和导电剂的加入,使得负极结构更加简单,而且此种纳米片阵列结构相对于粉末或者无定形结构来说,阵列的片状结构可以有效避免粉末中出现的团聚情况,每个纳米片都可以贡献有效的容量,可以提升整体的比容量和循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1样品的X射线衍射图;
图2为本发明实施例1样品的扫描电子显微镜图,(a)为放大倍数1000倍,(b)为放大倍数5000倍;
图3为本发明实施例1样品在0.03A/g的电流密度下前三次充放电曲线;
图4为本发明实施例1样品在0.03A/g的电流密度下的循环稳定性能;
图5为本发明实施例2样品在0.5A/g的电流密度下前三次充放电曲线;
图6为本发明实施例2样品在0.5A/g的电流密度下的循环稳定性能;
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。其中,以下实施例所用原料均为市售或自制,以下实施例所用原料均为市售或自制。
实施例1
首先将碳布裁剪成0.9cm×0.9cm的尺寸,之后将碳布先后用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗之后,放入干燥箱烘干,取出干燥后的碳布,用天平称量碳布的质量为8.21mg,之后采用真空热蒸发法在真空度为5×10-4Pa下将硒化锡粉末原料加热至450℃并保温90min在碳布上制备了硒化锡阵列纳米片阵列,取出样品后再次称量质量为9.57mg,用此质量减去碳布的质量,从而计算出活性物质的质量为1.36mg,之后将负载有硒化锡纳米片阵列的碳布作为钠离子电池的负极,正极为钠片,组装成扣式电池进行电化学性能测试。
对本申请实施例1制得的负载有硒化锡纳米片阵列的样品进行X射线衍射检测,如图1所示,可以看出样品含有碳布的衍射峰和硒化锡纳米片阵列的衍射峰,硒化锡纳米片阵列的衍射峰与SnSe PDF#48-1224标准卡片相符,表明为纯相正交晶系的硒化锡。
对本发明实施例1制得的负载有硒化锡纳米片阵列的样品进行扫描电子显微镜检测。如图2所示,图2(a)为放大1000倍的扫描电子显微镜图,图2(b)为放大5000倍的扫描电子显微镜图,可以看出形貌为纳米片阵列并且均匀的附着在碳布上。
对本发明实施例1制得的负载有硒化锡纳米片阵列的样品进行电化学性能测试,如图3和图4所示,图3为样品在0.03A/g的电流密度下前三次充放电曲线图,图4为样品在0.03A/g的电流密度下循环50次的循环性能图
实施例2
首先将碳布裁剪成0.9cm×0.8cm的尺寸,之后将碳布先后用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗之后,放入干燥箱烘干,取出干燥后的碳布,用天平称量碳布的质量为9.72mg,之后采用真空热蒸发法在真空度为5×10-5Pa下将硒化锡粉末原料加热至450℃并保温90min在碳布上制备了硒化锡阵列纳米片阵列,取出样品后再次称量质量为10.97mg,用此质量减去碳布的质量,从而计算出活性物质的质量为1.25mg,之后将负载有硒化锡纳米片阵列的碳布作为钠离子电池的负极,正极为钠片,组装成扣式电池进行电化学性能测试。
对本发明实施例2制得的负载有硒化锡纳米片阵列的样品进行电化学性能测试,如图5和图6所示,图5为样品在0.5A/g的电流密度下前三次充放电曲线图,图6为样品在0.5A/g的电流密度下循环100次的循环性能图
实施例3
首先将碳布裁剪成0.8cm×0.8cm的尺寸,之后将碳布先后用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗之后,放入干燥箱烘干,取出干燥后的碳布,用天平称量碳布的质量为8.21mg,采用真空热蒸发法在真空度为5×10-5Pa下将硒化锡粉末原料加热至450℃并保温90mm在碳布上制备了硒化锡阵列纳米片阵列,取出样品后再次称量质量为9.91mg,用此质量减去碳布的质量,从而计算出活性物质的质量为1.70mg,之后将负载有硒化锡纳米片阵列的碳布作为钠离子电池的负极,正极为钠片,组装成扣式电池进行电化学性能测试。
以上对本发明提供的一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构作为钠离子电池负极实施进行了详细的阐述,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,包括最佳方式,并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定,并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素,那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。
Claims (5)
1.一种用于钠离子电池的硒化锡纳米片阵列/碳布复合负极材料结构,其特征在于:所述电池负极材料结构由硒化锡纳米片阵列和碳布组成。
2.如权利要求1所述的钠离子电池负极材料结构,其特征在于硒化锡纳米片可以为单晶或者多晶纳米片。
3.如权利要求1所述的钠离子电池负极材料结构,其特征在于硒化锡纳米片厚度为10~20nm,横向尺寸为0.5~5μm。
4.如权利要求1所述的钠离子电池负极材料结构,其特征在于硒化锡纳米片阵列的晶体结构为纯相正交晶系硒化锡晶体结构。
5.如权利要求1所述的钠离子电池负极材料结构,其特征在于所用碳布可以为亲水碳布或疏水碳布,不限类型。
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CN114583160B (zh) | 2024-04-26 |
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