一种用于钠离子电池的CuSe纳米材料及其制备方法与流程

一种用于钠离子电池的cuse纳米材料及其制备方法
技术领域
1.一种用于钠离子电池的cuse纳米材料的制备方法属于钠离子电池领域。
技术背景
2.近年来，随着传统能源问题的日益凸显，国家碳中和碳达峰政策的出台，新能源如太阳能、风能、潮汐能等成为热点研究方向。由于受到天气和地域的限制，导致新能源的市场化应用受到很大阻力，随着化学电源的加入，可以将其转化的电能储存起来，再利用电网输送给用户。特别是二次电池的出现，极大的促进了新能源的应用。虽然现阶段以锂电池为主，但是由于受到锂资源储量、分布、价格的影响，导致其在大规模储能应用上受到一定的限制。相反，钠资源储量高，分布均匀，价格相对较低，且钠与锂属于同族元素，性质相近，更适合于大规模的储能应用。因此钠离子电池的研发，已成为二次电池领域中热点研究方向之一。
3.电极材料的开发，特别是高性能负极材料的研究是钠离子电池发展与应用的关键因素之一。过渡金属硒化物，由于具有较高的理论比容量、出色的循环稳定性等性能，受到广泛的关注。其中，硒化铜，具有理论比容量较高和电子电导率高等优点，受到广泛的报道。现有制备具有片状cuse纳米材料的文献，主要采用水合肼、硼氢化钠等易制爆危险管控材料作为 se的还原剂，或者采用价格较贵的亚硒酸钠等作为se源。此外，现有的制备方法主要有高温硒化法、多步液相法、微波辅助法等，制备过程较为繁琐，进而可能导致产物中存在杂相，另外，部分制备方法对设备可能有一定要求，导致成本较高，不利于实际产业化规模制备。


技术实现要素：

4.本发明提供一种原料价低易得、制备工艺简单、周期短、反应条件温和、操作安全简便的方法，制备的纳米片状cuse材料纯度高，将其作为钠离子电池负极时，具有良好的电化学性能。
5.本发明提供的用于钠离子电池的cuse纳米片材料的制备方法，它包括以下步骤：
6.a)在100ml反应釜中，加入去离子水和氢氧化钠，室温搅拌溶解后再加入硒粉；
7.b)室温搅拌10min后，再加入十六烷基三甲基溴化铵和三水硝酸铜；
8.c)再室温搅拌10min后，将反应釜置于烘箱中进行水热合成反应，经离心水洗后烘干处理；
9.d)将上述cuse纳米片材料作为电极材料应用于钠离子电池中。
10.所述步骤a)中去离子水、氢氧化钠和硒粉的加入量分别为45.0ml、208.3mmol、3.2mmol；
11.所述步骤b)中十六烷基三甲基溴化铵和三水硝酸铜加入量分别为2.1mmol和2.0mmol；
12.所述步骤c)水热合成反应的温度为140℃，反应时间为1～2.0h。
13.所述步骤d)在钠离子电池循环性能测试中，其初始比容量可达425.2mah/g，首圈库伦效率为96.9％，电极经120次循环后容量仍有335.1mah/g。
14.该方法与其它制备片状cuse方法相比，不但极大的简化了制备工艺，采用廉价易得的原料，制备条件温和与安全，适合规模化的生产，降低了生产成本，也缩短了生产周期；更为重要的是将制备的纯相cuse纳米片用于钠离子电池时，具有较高的比容量和循环性能。
15.采用bruker advance d8x射线粉末衍射仪(cu kα辐射，2θ＝10-80
°
) 测定所制备材料的结构。采用hitachi s-4800扫描电子显微镜观察所制备材料的表面形貌。采用电化学工作站(chi 660e)和新威(neware)电池测试系统进行电池性能的测试。
16.由图1可知，所制备的cuse样品为纯的六方结构(jcpds card no.34-0171)，其中并未检测到除cuse以外的杂峰。由图2可知所得到的产物为片状结构且尺寸大小不一。由图3 可知，cuse纳米片作为钠离子电池电极材料进行循环伏安测试时，从第二圈起至第五圈循环曲线都基本重合，说明具有稳定的电化学性能。由图4可知，cuse纳米片初始储钠比容量可达425.2mah/g，首圈库伦效率为96.9％，经过120次充放电循环后容量仍有335.1mah/g。
附图说明
17.图1是水热合成反应的温度为120℃时，反应1h获得的产物的x射线衍射图；
18.图2是水热合成反应的温度为120℃时，反应1h获得的产物的扫描电镜图。
19.图3是实施方案制得的cuse纳米片材料的cv曲线图。
20.图4是实施方案制得的cuse纳米片材料的循环曲线图。
具体实施方式
21.1.在100ml反应釜中，加入45.0ml去离子水和208.3mmol氢氧化钠，室温搅拌溶解后再加入3.2mmol硒粉；
22.2.室温搅拌10min后，再加入2.1mmol十六烷基三甲基溴化铵和2.0mmol三水硝酸铜；
23.3.室温再搅拌10min后，将反应釜置于烘箱中，加热至140℃后并保持1h，随后降温至室温，经离心水洗和烘干处理，便可获得纯的片状cuse纳米材料(见图1和2)。


技术特征：
1.一种用于钠离子电池的cuse纳米材料的制备方法，包括以下步骤：a)在100ml反应釜中，先后加入去离子水、氢氧化钠和硒粉；b)搅拌10min后，再加入十六烷基三甲基溴化铵和三水硝酸铜；c)再搅拌10min后，将反应釜置于烘箱中，在特定温度下进行水热合成反应一定时间后，经离心水洗和烘干处理，可获得cuse纳米材料。2.根据权利要求1所述一种用于钠离子电池的cuse纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中硒粉、氢氧化钠和去离子水的加入量分别为3.2mmol、208.3mmol和45.0ml。3.根据权利要求1所述一种用于钠离子电池的cuse纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中十六烷基三甲基溴化铵和三水硝酸铜的加入量分别为2.1mmol和2.0mmol。4.根据权利要求1所述一种用于钠离子电池的cuse纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中水热合成反应的温度为140℃，反应时间为1-2h。

技术总结
一种用于钠离子电池的CuSe纳米材料及其制备方法属于钠离子电池领域，该纳米材料为片状纳米结构。该CuSe纳米材料采用了一步水热的合成方法，以Se粉为硒源，CTAB为络合剂，Cu(NO3)2·


技术研发人员：陈琛 罗永松 胡启临
受保护的技术使用者：信阳师范学院
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/2/28