一种V3Se4/SnSe复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及新一代能源材料领域，特别是涉及一种v3se4/snse复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、为了应对世界气候变化，必须大力发展清洁能源。然而，常见的可再生且清洁的能源(如太阳能、风能、潮汐能、生物质能、地热能等)往往不是恒定的，是间接性的，并且人为很难预测和控制，极大地阻碍了这些能源的大规模应用。因此，能够实现能源的跨地域分配、可再生能源的有效利用的储存及转换技术发挥着关键作用。其中，电化学储能因其施工周期短、体积小等优点，非常适合在各种分布的位置使用，从而被认为是一种高效的储能技术。这就需要开发出适用于大规模储能的二次电池。

2、在电化学储能系统中，目前锂离子电池(libs)的应用最为普遍，自20世纪90年代首次成功商业化以来，为交通电气化和3c产品(计算机、通信和消费类电子产品)的发展等做出了巨大贡献。但是锂储量非常有限，分布不均，仅可制造15亿辆车，极大地阻碍了libs的大规模应用。在储能需求量不断提升和锂资源日益紧缺的形势下，钠离子电池(sibs)因钠储量丰富、分布广泛、电池成本能降低30％～40％，且安全性更高；同时sibs生产线兼容性好，易于规模化扩大生产等优点在储能领域中显示出极强的竞争力。

3、在sibs负极中，最近受到广泛关注的转化型金属硒化物(msex，m＝v、mo、fe、co等)，由于其多电子转移的内在性质而获得较高的理论比容量，从而成为目前很有潜力的sibs负极材料。但msex较差的倍率容量和较短的循环寿命阻碍了其在sibs中的实际应用。

4、为解决上述问题，研究者们对转化型金属硒化物材料进行了一系列的改性，比如表面工程改性可调整材料表面物理化学状态，提高材料结构稳定性和导电性，是改善活性材料电化学性能的有效方法；纳米结构设计可调控充放电过程中材料的微观结构演变，是减小体积变化和提高循环比容量的有效手段。这些方法一定程度上增加了材料结构稳定性和导电性，但不能改变材料的本征特性，因此无法显著提升电池的倍率性能和储钠容量。基于此，我们在v3se4中引入snse构筑异质结构，可以有效地改善其本征电子迁移速率，增强反应动力学，进而有效地提升其倍率性能和储钠容量。在电池负极材料制备领域，中国专利(cn110190255b)“一种氮硫共掺杂vse-(2)/cnf钾离子电池负极材料及其制备方法”以猪毛、牛毛、羊毛、禽类羽毛或人发纤维为主要原料提取角蛋白,并作为氮硫主要来源掺杂到pan/vo(acac)-(2)复合物中,经纺丝及硒化制得氮硫共掺杂vse-(2)/cnf钾离子电池负极材料；中国专利(cn115663143a)“v-xse-y/多壁碳纳米管复合材料的制备方法及其应用”使用简单快捷的一步固相法,将钒源、硒源和多壁碳纳米管混合后直接经高温煅烧硒化得到具有高倍率、长循环的碳复合钠离子电池负极材料。根据目前调研情况来看，还未见到利用在v3se4中引入snse构筑异质结构，并用作钠离子电池负极材料，从而改善了钒基硒化物在钠离子电池中较差的倍率性能和较短的循环寿命等缺点。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种v3se4/snse复合材料及其制备方法和应用，制备方法操作简单方便，成本低；v3se4/snse复合材料的成本低，性能优异；v3se4/snse复合材料制备钠离子电池，其比容量高，充放电速度快，循环寿命长。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种v3se4/snse复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将氯化钒、五水合氯化锡、甘油、异丙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合，得到混合液；

5、2)将所述步骤1)得到的混合液进行溶剂热反应，得到反应产物，将所述反应产物洗涤、干燥，得到v3o4/sno前驱体；

6、3)将所述步骤2)得到的v3o4/sno前驱体与硒粉混合后进行硒化反应，得到v3se4/snse复合材料。

7、优选的，所述步骤1)氯化钒的摩尔、五水合氯化锡的摩尔、甘油的体积、异丙醇的体积和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1mmol:1～4mmol:6～10ml:20～30ml:1.5～2.5mmol。

8、优选的，所述步骤1)混合的方式包括搅拌，所述搅拌的时间为150～210min。

9、优选的，所述步骤2)溶剂热反应的条件包括：温度为160～200℃，时间为6～18h。

10、优选的，所述步骤2)洗涤使用的试剂为包括乙醇；

11、所述干燥的条件包括：温度为60～80℃，时间为12h。

12、优选的，所述步骤3)v3o4/sno前驱体与硒粉的质量比为1:4～15。

13、优选的，所述步骤3)硒化反应的条件包括：温度为350～600℃，时间为2h；

14、所述硒化反应在氮气氛围中进行。

15、本发明还提供了一种上述技术方案所述制备方法制备得到的v3se4/snse复合材料。

16、本发明还提供了上述技术方案所述的v3se4/snse复合材料在制备钠离子电池中的应用。

17、优选的，所述钠离子电池的组分包括所述v3se4/snse复合材料、科琴黑和聚二氟乙烯；

18、所述v3se4/snse复合材料、科琴黑和聚二氟乙烯的质量比为7:2:1。

19、本发明的有益效果为：

20、本发明在v3se4中引入snse构筑异质结构，提升负极材料电子迁移率，进而增强导电性和反应动力学，制备得到的v3se4/snse负极材料比容量高，具有良好的倍率性能和循环稳定性，特别适用于制造钠离子电池负极。

技术特征：

1.一种v3se4/snse复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)氯化钒的摩尔、五水合氯化锡的摩尔、甘油的体积、异丙醇的体积和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1mmol:1～4mmol:6～10ml:20～30ml:1.5～2.5mmol。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)混合的方式包括搅拌，所述搅拌的时间为150～210min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)溶剂热反应的条件包括：温度为160～200℃，时间为6～18h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)洗涤使用的试剂为包括乙醇；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)v3o4/sno前驱体与硒粉的质量比为1:4～15。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)硒化反应的条件包括：温度为350～600℃，时间为2h；

8.一种权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的v3se4/snse复合材料。

9.权利要求8所述的v3se4/snse复合材料在制备钠离子电池中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述钠离子电池的组分包括所述v3se4/snse复合材料、科琴黑和聚二氟乙烯；

技术总结
本发明提供了一种V<subgt;3</subgt;Se<subgt;4</subgt;/SnSe复合材料及其制备方法和应用，涉及新一代能源材料领域。包括：将氯化钒、五水合氯化锡、甘油、异丙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合，得到混合液；将混合液进行溶剂热反应，得到反应产物，将所述反应产物洗涤、干燥，得到V<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/SnO前驱体；将V<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/SnO前驱体与硒粉混合后进行硒化反应，得到V<subgt;3</subgt;Se<subgt;4</subgt;/SnSe复合材料。本发明在V<subgt;3</subgt;Se<subgt;4</subgt;中引入SnSe构筑异质结构，提升负极材料电子迁移率，进而增强导电性和反应动力学，制备得到的V<subgt;3</subgt;Se<subgt;4</subgt;/SnSe负极材料比容量高，具有良好的倍率性能和循环稳定性，特别适用于制造钠离子电池负极。

技术研发人员：蔡玉荣,樊润泽,董洋涛,代俊杰,汪超,祝方顺
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15