一种碳基复合材料FeTe2/C及其制备方法和碱金属负极活性材料

本发明属于碱金属电池领域，涉及钠离子、钾离子等离子电池负极材料，特别涉及一种碳基复合材料fete2/c及其制备方法和碱金属负极活性材料。

背景技术：

1、钠离子电池(sib)由于成本较低，资源丰富、价格低廉等特点成为一种可行的储能替代方案。然而，较大的na+离子半径(na+为而li+为)和摩尔质量(na为22.99g mol-1而li为6.94g mol-1)导致钠离子扩散动力学缓慢，循环过程中结构破坏严重。这些因素导致钠离子电池往往具有较低的比容量、倍率能力和循环次数。通过研究了钠离子电池中电极材料的组成及其与碳材料的复合等问题，以解决这些潜在的问题。

2、研究工作者已经对过渡金属硫族化物材料进行了研究。在众多的过渡金属硫属化物材料中，铁硫属化物(fexy；y＝s和se)已吸引由于铁储量丰富而备受关注。与硫化物和硒化物相比，碲化物的电负性较低(2.0)，电导率较高。此外，过渡金属碲化物也具有较大的原子尺寸，这使得原子半径较大的te具有较弱的fe-te键，从而提供更多的空间来容纳钠离子，同时改善钠离子的扩散动力学，特别是在循环中体积变化小。并且于密度高(8.06gcm3)而具有高体积容量。基于上述优点，fete2是潜在的阳极材料。然而，据我们所知，碲化铁(fete2)作为一种锂阳极材料尚未被研究，并且在钠离子领域的应用相对低于其他硫族化合物。

3、与大多数过渡金属硫族化合物相似，过渡金属碲化物结构稳定性较差，充放电时体积膨胀，导致电极材料粉碎或开裂，固体电解质界面膜(sei)同时体积变化较大，导致钠离子存储性能下降，即容量衰减导致速率能力低、周期寿命短的问题。

技术实现思路

1、本发明制备了fete2纳米颗粒锚定分散于碳纳米片上的空心多级结构复合材料，空心的碳不仅可以提高离子个电子传导率，同时可以抑制fete2体积膨胀，从而显著提高了fete2/c复合材料的整体电化学表现。

2、本发明一方面提供一种碳基复合材料，所述碳基复合材料包括碳和负载于碳的fete2；所述碳基复合材料中，fete2的负载量为40wt％～80wt％。

3、可选地，所述碳基复合材料的微观形貌是由不规则的片层组成的堆积物；所述堆积物中具有若干孔隙，所述孔隙的孔径为0.1～5μm的多孔结构；所述孔径为0.5～3μm的孔隙的体积占总孔容的70～90％；所述不规则的片层表面具有若干纳米孔；所述纳米孔的孔径为100nm～300nm。

4、本发明另一方面提供上述任一种碳基复合材料的制备方法，包括：

5、步骤(1)，将含有碳源、模板剂、铁盐的原料与溶剂混合，得到溶液i，

6、步骤(2)，将所述溶液i依次经超低温处理、冷冻干燥获得前驱体；

7、步骤(3)将所述前驱体、te粉，在非活性气氛中煅烧，获得所述的碳基复合材料。

8、可选地，所述溶液i中，碳源的质量浓度10～60mg/ml，所述碳源的质量浓度的下限任选自10mg/ml、30mg/ml，上限任选自30mg/ml、60mg/ml；模板剂的质量浓度50～500mg/ml，所述模板剂的质量浓度下限任选自50mg/ml、100mg/ml、300mg/ml，上限任选自100mg/ml、300mg/ml、500mg/ml；铁盐的质量浓度10～60mg/ml，铁盐的质量浓度的下限任选自10mg/ml、30mg/ml、，上限任选自30mg/ml、60mg/ml。

9、可选地，所述溶剂为水。

10、可选地，所述碳源为有机碳源，优选为盐酸多巴胺、葡萄糖、蔗糖、果糖中的任一种。

11、可选地，所述模板剂选自氯盐、硫酸盐、硝酸盐中的任一种；优选为氯化钾、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾中的任一种；

12、可选地，所述铁盐选自硝酸盐或氯盐；优选为硝酸铁，硝酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁中的任一种。

13、可选地，步骤(2)中，所述超低温处理优选将溶液i置于液氮环境中；所述超低温处理的时间10s～3min；所述超低温处理的温度为-190～-20℃；所述冷冻干燥的温度为-20～-45℃。

14、可选地，所述步骤(3)中，所述前驱体与te粉的质量比为1:1～1:5，所述前驱体与te粉的质量比的下限任选自1:1、1:2，上限任选自1:2、1:5；所述非活性气氛选自氮气和/或氩气；所述煅烧的温度为450～1000℃，煅烧的温度的下限任选自450℃、750℃，上限任选自750℃、1000℃；煅烧时间2～12h，煅烧时间的下限任选自2h、6h，上限任选自6h、12h；所述煅烧的升温速率为1～15℃min-1，煅烧升温速率的下限任选自1℃min-1、10℃min-1，上限任选自10℃min-1、15℃min-1。

15、可选地，所述煅烧是将前驱体、te粉分别置于两个瓷舟中，并将盛装te粉的瓷舟置于管式炉的气流上游，盛装前驱体的瓷舟放在管式炉的气流下游。

16、可选地，所述非活性气氛的气流经盛装te粉的瓷舟后再流经盛装前驱体的瓷舟。

17、本发明还提供上述任一种碳基复合材料或任一种制备方法获得的碳基复合材料作为碱金属电池负极活性材料的应用，所述碱金属电池为钠离子电池、锂离子电池或钾离子电池。

18、本发明还提供碱金属负极活性材料，所述碱金属负极活性材料含有上述任一种碳基复合材料或上述任一种制备方法获得的碳基复合材料。

19、可选地，所述负极活性材料中，所述碳基复合材料的含量为40～90％。

20、有益效果

21、(1)本发明制备出fete2纳米颗粒锚定分散于微米片状的碳材料，与硫化物和硒化物相比，碲化物的电负性较低(2.0)，电导率较高。此外，过渡金属碲化物具有较大的原子尺寸，这使得原子半径较大的te具有较弱和较长的fe-te键，从而提供更多的空间来容纳钠离子，同时改善钠离子的扩散动力学。

22、(2)本发明制备的fete2/c复合材料具有较高的离子和电子传导率，空心多级结构和碳材料可以显著抑制fete2体积膨胀，从而大幅度提高了fete2/c复合材料的整体电化学表现。

技术特征：

1.一种碳基复合材料，其特征在于，所述碳基复合材料包括碳和负载于碳的fete2；

2.根据权利要求1所述的碳基复合材料，其特征在于，

3.权利要求1或2所述的碳基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的碳基复合材料的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的碳基复合材料的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的碳基复合材料的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的碳基复合材料的制备方法，其特征在于，

8.权利要求1或2任一项所述的碳基复合材料或权利要求3-7任一项制备方法获得的碳基复合材料作为碱金属电池负极活性材料的应用，所述碱金属电池为钠离子电池、锂离子电池或钾离子电池。

9.碱金属负极活性材料，其特征在于，所述碱金属负极活性材料含有权利要求1或2任一项所述的碳基复合材料或权利要求3-7任一项制备方法获得的碳基复合材料。

10.根据权利要求9所述的碱金属负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料中，所述碳基复合材料的含量为40～90％。

技术总结
本发明提供一种一种碳基复合材料FeTe2/C及其制备方法和碱金属负极活性材料，所述碳基复合材料包括碳和负载于碳的FeTe2；所述碳基复合材料中，FeTe2的负载量为40wt％～80wt％。本发明制备出FeTe2纳米颗粒锚定分散于微米片状的碳材料，碲化物的电负性较低，电导率较高，过渡金属碲化物具有较大的原子尺寸，这使得原子半径较大的Te具有较弱和较长的Fe‑Te键，从而提供更多的空间来容纳钠离子，同时改善钠离子的扩散动力学；具有较高的离子和电子传导率，空心多级结构和碳材料可以显著抑制FeTe2体积膨胀，从而大幅度提高了FeTe2/C复合材料的整体电化学表现。

技术研发人员：郑琼,李先锋,王灿沛,侯鑫,江明琴
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13