本發(fā)明涉及鈉離子電池，尤其涉及一種在mxene上復(fù)合he-fe3se4/se異質(zhì)結(jié)作為高性能鈉離子電池陽極的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源儲(chǔ)存和便攜式電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，對(duì)廉價(jià)、無污染的電能儲(chǔ)存技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)。鋰離子電池由于其高能量密度和優(yōu)良的耐用性而被廣泛采用。然而，鋰鹽資源的短缺(在地殼中的含量?jī)H占0.0065％)和采礦/精煉成本的上漲阻礙了鋰離子電池在全球范圍內(nèi)的進(jìn)一步應(yīng)用。在這樣的背景下，研究人員開始關(guān)注其他堿金屬離子替代鋰離子電池，比如鈉離子電池(sibs)，由于na和li之間的物理化學(xué)相似性，且鈉元素具有豐富的儲(chǔ)量(地殼中鈉的儲(chǔ)量為2.36wt.％)和較低的成本，顯示出良好的柵格級(jí)能源應(yīng)用前景7,8。陽極材料是制約高性能sib發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸之一。由于na+(0.113nm)半徑大于li+(0.076nm)，傳統(tǒng)的商用石墨表現(xiàn)出較差的na存儲(chǔ)性能。因此，我們需要尋找合適的陽極材料，既能改善電荷傳輸動(dòng)力學(xué)，又能緩解重復(fù)循環(huán)過程中嚴(yán)重的體積變化，以推動(dòng)鈉離子電池系統(tǒng)的發(fā)展，以滿足鈉離子的需求。

2、在當(dāng)前的研究中，轉(zhuǎn)化型材料代表一類有前景的陽極材料，能夠提供較高的理論容量。過渡金屬硒化物由于其優(yōu)異的電子/離子電導(dǎo)率和優(yōu)異的可逆性成為研究熱點(diǎn)，在過渡金屬硒化物中，fe3se4由于其合適的理論容量，具有豐富的鐵資源，價(jià)格低廉深受研究者青睞，被認(rèn)為是鈉離子電池(sibs)的潛在合適候選者。然而，由于fe3se4材料固有的電導(dǎo)率低，以及體積膨脹大導(dǎo)致電極粉化，顆粒團(tuán)聚，使得fe3se4具有不理想的長(zhǎng)循環(huán)壽命和倍率性能，阻礙了其實(shí)際的應(yīng)用。

3、為了解決這些挑戰(zhàn)，不同的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)嘗試了幾種策略來解決這些棘手的問題，包括(1)微/納米結(jié)構(gòu)工程，納米結(jié)構(gòu)很好地適應(yīng)了循環(huán)過程中的大體積變化，同時(shí)暴露出更多的活性位點(diǎn)；(2)碳復(fù)合(石墨烯，碳納米管)，mxene(ti3c2)等材料復(fù)合可以進(jìn)一步提高材料整體的導(dǎo)電性，同時(shí)能夠緩解體積效應(yīng)；(3)離子摻雜可以改變物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)，從而改變物質(zhì)的導(dǎo)電性，能帶寬度和調(diào)整帶隙；特別是隨著儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是電極材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)Ω哽夭牧系年P(guān)注與日俱增，高熵?fù)诫s或多元素?fù)诫s策略已變得越來越重要；(4)異質(zhì)結(jié)構(gòu)建會(huì)構(gòu)建內(nèi)部電場(chǎng)，有效增強(qiáng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

4、在這里，受以上啟發(fā)，通過簡(jiǎn)單共沉淀法在mxene上復(fù)合合成高熵普魯士藍(lán)，經(jīng)過進(jìn)一步高溫煅燒硒化得到he-fe3se4/se/mxene。作為鈉離子電池負(fù)極材料，該復(fù)合材料具有良好的長(zhǎng)循環(huán)性能和速率性能。he-fe3se4/se/mxene電極在10ag-1的大電流密度下循環(huán)1000次后具有337mah?g-1的高可逆容量，每循環(huán)極低的容量衰減率僅為0.0106％，并且在30a?g-1下具有323ma?h?g-1的出色倍率性能。這種優(yōu)異的電化學(xué)性能可歸因于材料之間獨(dú)特的協(xié)同作用。1)多元素?fù)诫s(高熵?fù)诫s)可以有效的減少晶格的膨脹和收縮，提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；2)mxene可以提供穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高材料的電子導(dǎo)電性，還能起到緩解體積膨脹的支撐作用，同時(shí)mxene也具有一定的容量貢獻(xiàn)；3)普魯士藍(lán)內(nèi)部的c與硒已碳硒鍵結(jié)合，形成he-fe3se4與se異質(zhì)結(jié)結(jié)，改善了fe3se4內(nèi)部電場(chǎng)，有效增強(qiáng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；3)納米尺寸的設(shè)計(jì)使顆粒具有更大的表面積，提供了更多的活性位點(diǎn)；。這項(xiàng)工作為低成本、高性能鈉離子電池負(fù)極材料的選擇和設(shè)計(jì)提供了重要線索。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種在mxene上復(fù)合he-fe3se4/se異質(zhì)結(jié)作為高性能鈉離子電池陽極材料的制備方法，生產(chǎn)的陽極材料能夠大大提高鈉離子電池的性能。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種在mxene上復(fù)合he-fe3se4/se異質(zhì)結(jié)作為高性能鈉離子電池陽極材料的制備方法，具體包括如下步驟：

3、步驟一、合成高熵普魯士藍(lán)復(fù)合mxene材料，具體包括如下步驟：

4、步驟11、將一定量的亞鐵氰化鈉和一定量的已刻蝕剝離的mxene粉末混合；

5、步驟12、向步驟11得到的混合物中加入一定量的去離子水，并在冰水浴下超聲處理一段時(shí)間；

6、步驟13、將步驟二得到的混合溶液和一定量的nacl混合；

7、步驟14、向步驟三的混合溶液中加入一定量的去離子水進(jìn)行充分溶解，得到a溶液；

8、步驟15、分別取一定量的硫酸鈷七水合物、硫酸鎳六水合物、硫酸亞鐵四水合物、硫酸錳四水合物、硫酸銅五水合物混合；

9、步驟16、向步驟五的混合物中加入去離子水，得到b溶液；

10、步驟17、將a溶液以一定的速度倒入到b溶液中，再加入一定量的去離子水；

11、步驟18、在室溫下磁力攪拌一段時(shí)間；

12、步驟19、將步驟18得到的混合溶液在室溫下陳化一段時(shí)間后倒掉上清液；

13、步驟110、將步驟19得到的混合溶液進(jìn)行離心分離；

14、步驟111、將步驟110得到的溶液分別加入30ml去離子水離心洗滌3次；

15、步驟112、將得到的he-pba/mxene沉淀物在烘箱中干燥一段時(shí)間，即得到he-pba/mxene材料；

16、步驟二、合成he-fe3se4/se/mxene陽極材料，具體包括如下步驟：

17、步驟21、將步驟一中制備好的he-pba/mxene和硒粉與硫粉分別以一定的質(zhì)量比為1:3混合；

18、步驟22、在n2氣氛下，一定的升溫速率升至預(yù)定溫度，在預(yù)定溫度下煅燒一段時(shí)間；

19、步驟23、自然冷卻至室溫后得到he-fe3se4/se/mxene粉末，即為所述陽極材料。

20、本發(fā)明還提供了一種硬幣型紐扣半電池的制備方法，具體包括如下步驟：

21、步驟31、將上述得到的fe3se4/se/mxene陽極材料、科琴黑和聚二氟乙烯按一定的重量比混合溶解在n-甲基吡咯烷酮中；

22、步驟32、將步驟31得到的產(chǎn)物進(jìn)行研磨，將研磨得到的漿液澆鑄在銅箔上；

23、步驟33、將銅箔片置于在一定溫度的真空烘箱中干燥一段時(shí)間；

24、步驟34、將干燥的銅箔片裁成一定大小的電極片，電極片中具有一定量的活性物質(zhì)，電極片為陽極；

25、步驟35、在充滿氬氣的手套箱中，以鈉片、玻璃纖維和np005分別作為陰極、隔膜和電解質(zhì)，將步驟34得到的電極片為陽極進(jìn)行組裝，得到半電池。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、1)通過合成高熵普魯士藍(lán)引入5種過渡金屬陽離子，通過高熵?fù)诫s可以有效的減少晶格的膨脹和收縮，提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

28、2)作為mof的普魯士煅燒形成的fe3se4納米顆粒具有更大的表面積，提供了更多的活性位點(diǎn)；

29、3)以mxene模板引入mxene，mxene不但可以提供穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高材料的電子導(dǎo)電性；還能作為基體支撐，可以有效防止充放電過程中物料粉末狀造成的結(jié)構(gòu)坍塌；同時(shí)具有一定的容量貢獻(xiàn)；

30、4)通過一種簡(jiǎn)單便捷的方法合成具有高容量，高穩(wěn)定性的鈉離子陽極材料，該方法有望實(shí)現(xiàn)工藝放大。