一种负极材料及其制备方法和应用

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钠离子电池的电化学性能在很大程度上取决于电极材料，因此，调控电极材料的物理和化学性能可极大提高电池的储钠性能。但传统的钠离子电池负极材料(如硬碳)因具有较低的理论比容量已不能满足当前高能量密度电池的市场需求。因此，开发比容量更大、循环性能更好和安全性更高的负极材料已成为钠离子电池商业化应用的首要目标。

2、过渡金属硒化物具有独特的晶体结构、较高的比表面积和丰富的氧化态，这不仅可以增强电极与电解液之间的接触，提升反应速率，还可以存储更多的电荷，提高理论比容量。此外，过渡金属硒化物还能够适应离子插入时的体积变化，提高充放电效率，增加电池循环寿命。因此，过渡金属硒化物有望广泛应用于钠离子电池负极材料。其中，钴基硒化物co3se4具有优异的电化学性能已受到广泛关注。co3se4具有独特的晶体结构，使得钠离子能够在充放电过程中快速嵌入和脱出，显著提高电池的充放电效率。同时，钴元素具有多价态特性，这使co3se4能够在电化学反应中实现多电子转移，增加理论比容量，进一步提升能量密度。然而，co3se4作为钠离子电池负极材料也存在一定的不足，例如在实际应用中循环稳定性逐渐降低，导致电池容量逐渐衰减。因此，全面提升co3se4的电化学储钠性能已成为当前的研究重点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和应用。所述负极材料在具有较高比容量的同时还具有优异的电化学循环稳定性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种负极材料，包括n掺杂的碳骨架和分散在所述n掺杂的碳骨架中的co3se4/mose2复合材料；

4、所述n掺杂的碳骨架为mof衍生碳材料；

5、所述co3se4/mose2复合材料中co3se4和mose2之间形成异质结。

6、优选的，所述n掺杂的碳骨架和co3se4/mose2复合材料的质量比为1:(1.18～1.38)。

7、优选的，所述co3se4/mose2复合材料中co和mo的摩尔比为(1～5)：1。

8、本发明还提供了上述技术方案所述负极材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将zif-67、钼酸盐和溶剂混合，进行离子交换反应，得到como-mof前驱体；

10、将所述como-mof前驱体置于管式炉进气口的下游，将硒粉置于管式炉进气口的上游，进行退火，得到所述负极材料。

11、优选的，所述钼酸盐包括钼酸钠和/或钼酸铵。

12、优选的，所述zif-67中的钴和钼酸盐中的钼的摩尔比为(1～5)：1。

13、优选的，所述溶剂包括水和乙醇；

14、所述水和乙醇的体积比为(1～2.3)：1。

15、优选的，所述离子交换反应在搅拌的条件下进行；

16、所述离子交换反应的温度为室温，时间为10～14h。

17、优选的，所述退火在保护气氛中进行；

18、所述退火的温度为550～650℃，保温时间为4～8h。

19、本发明还提供了上述技术方案所述负极材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的负极材料在钠离子电池中的应用。

20、本发明提供了一种负极材料，包括n掺杂的碳骨架和分散在所述n掺杂的碳骨架中的co3se4/mose2复合材料；所述n掺杂的碳骨架为mof衍生碳材料；所述co3se4/mose2复合材料中co3se4和mose2之间形成异质结。co3se4具有较高的导电性以及较强的类金属性，但在钠离子电池充放电过程中，co3se4的循环稳定性逐渐降低，导致钠离子电池负极材料容量逐渐衰减。具有二维层状结构的mose2，层间相互作用较弱，易于充放电过程中碱金属离子(li+、na+和k+等)的嵌入和脱出，但其半导体性质使得电池反应动力学过程相对缓慢。因此，本发明将co3se4和mose2复合能够在一定程度上很好的解决co3se4和mose2各自存在的问题，充分发挥co3se4和mose2的协同效应，提高电极材料的导电率，改善离子扩散动力学，增强电极材料的机械性能和化学稳定性，优化电极和电解质界面，达到提升钠离子电池存储性能和提高电化学循环稳定性的目的。进一步的，在所述异质结构中，不同材料之间的界面可以作为活性位点，促进电化学反应的进行，同时本发明采用mof衍生碳材料作为骨架具有较高的孔隙率和比表面积，能够提供更多的电子传输路径和活性位点，提高钠离子电池的反应动力学和电化学性能。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，包括n掺杂的碳骨架和分散在所述n掺杂的碳骨架中的co3se4/mose2复合材料；

2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述n掺杂的碳骨架和co3se4/mose2复合材料的质量比为1:(1.18～1.38)。

3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述co3se4/mose2复合材料中co和mo的摩尔比为(1～5)：1。

4.权利要求1～3任一项所述负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钼酸盐包括钼酸钠和/或钼酸铵。

6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述zif-67中的钴和钼酸盐中的钼的摩尔比为(1～5)：1。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水和乙醇；

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换反应在搅拌的条件下进行；

9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述退火在保护气氛中进行；

10.权利要求1～3任一项所述负极材料或权利要求4～9任一项所述制备方法制备得到的负极材料在钠离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种负极材料，包括N掺杂的碳骨架和分散在所述N掺杂的碳骨架中的Co3Se4/MoSe2复合材料；所述N掺杂的碳骨架为MOF衍生碳材料；所述Co3Se4/MoSe2复合材料中Co3Se4和MoSe2之间形成异质结。所述负极材料在具有较高比容量的同时还具有优异的电化学循环稳定性。

技术研发人员：乔靓,赵恩德,刘淑杰,徐孟龙,万泳慷,胡小颖
受保护的技术使用者：长春大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17