一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料及其应用

技术领域

本发明属于钠硒电池技术领域，涉及钠硒电池电极材料，具体涉及一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料及其应用。

背景技术

电化学储能技术的应用有效的解决了清洁能源的存储、利用和转换方面的问题，在未来具有广阔的发展前景。目前锂离子电池由于其本身优异的性能比如能量密度高、能量转换率高和安全性好等优点被广泛应用于电化学储能领域。但是随着锂离子电池相关研究的不断进行，锂离子电池的容量已经出现了难以提升的情况。为了满足不断发展的大型储能设备的需求，我们开始将目光转移到其他的电池体系。可充电Na-Se电池由于其高的能量密度和低成本被认为是十分有发展前景的下一代电池。在Na-Se电池中，由Se作为电池正极，钠片作为负极。但是硒在充放电过程中的体积膨胀大和多硒化物穿梭效应的问题，导致了这种体系的电池无法达到其理论容量。研究Na-Se电池中硒合适的载体，解决体积膨胀和穿梭效应问题是至关重要的。

碳纳米管是一种常见的软碳材料，碳纳米管具有良好的石墨化结构，导电性能十分优异。同时，碳纳米管本身具有良好的机械强度，将硒负载在碳纳米管组成的一维网络中可以有效的抑制充放电反应过程中的体积膨胀和穿梭效应的问题。然而碳纳米管本身的管径较小，将硒负载在管的内部较为困难，而且碳纳米管表面缺陷少，硒的固定困难。若能发明技术通过限域方法将碳纳米管的管径增大，增加缺陷加强碳纳米管对Se元素的的固定能力，则有望推广该材料在Na-Se电池电极材料领域中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料及其应用，使电池结构更加稳定，增加了电池的负载量，从而提高电池的倍率与循环性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料，硒固相负载于内部有缺陷的FeNi/C纳米管材料。

本发明还具有如下技术特征：

所述的FeNi@Se/C纳米管材料为竹节状碳管。

优选的，竹节状碳管为FeNi合金原位催化生长的碳纳米管，后经酸洗掉过多的FeNi合金，固相负载Se得到FeNi/C纳米管材料。

优选的，所述的FeNi/C与硒的重量比为1:4或2:3。

本发明还保护一种含有上述的FeNi@Se/C纳米管材料的钠硒电池正极。

本发明还保护一种包含上述的钠硒电池正极的钠硒电池。

技术效果：

本发明通过Se固相负载在FeNi合金催化的碳纳米管，从而得到FeNi@Se/C；本发明所制备的FeNi@Se/C纳米管材料，由于FeNi碳纳米管的结构为高度石墨化的碳纳米管，其负载硒之后的材料用于钠硒电池充放电过程中有良好的电子传输路径、机械强度高的优点，可以提升导电性和缓解充放电过程中体积膨胀带来的影响。并且其内部暴露出的活性位点增强对硒的吸附能力，减少穿梭效应带来的影响。具有优异的钠离子存储性能，充放电容量高且倍率性能佳；可显著提升材料在充放电过程中的导电性和结构稳定性。

进一步的，本发明所使用的原料廉价易得，制备方法简单。

附图说明

图1为本发明FeNi@Se/C材料的扫描电镜图

图2为本发明FeNi@Se/C材料的XRD图谱

图3为本发明FeNi@Se/C材料制备的钠硒电池循环性能图

具体实施方式：

本发明FeNi@Se/C材料制备方法为：

实施例1：

步骤一：将0.1g草酸铁、0.9g硝酸镍、2g三聚氰胺在研钵中充分研磨；

步骤二：将研磨后的固体粉末在密封手套箱中，氩气气氛下置于坩埚内，在感应交变磁场环境下，坩埚内物料切割磁感线，产生感应电流，从而使坩埚内物料被加热，温度控制在700℃，待产物自然冷却收集得到产物；

步骤三：将获得的产物在浓度为3M的硝酸中静置，腐蚀12h，分离出剩余固体，烘干；

步骤四：将步骤三所得产物与硒粉以2:3的比例混合，在密封手套箱氩气气氛下置于反应釜内，在均相反应仪中加热至260℃，保温12h，得到FeNi@Se/C。

实施例2：

步骤一：将0.05g草酸铁、0.95g硝酸镍、2g尿素在研钵中充分研磨；

步骤二：将研磨后的固体粉末在密封手套箱中，氩气气氛下置于坩埚内，在感应交变磁场环境下，坩埚内物料切割磁感线，产生感应电流，从而使坩埚内物料被加热，温度控制在600℃，待产物自然冷却收集得到产物；

步骤三：将获得的产物在浓度为1M的硝酸中静置，腐蚀掉12h，分离出剩余固体，烘干；

步骤四：将步骤三所得产物与硒粉以1:4的比例混合，在密封手套箱氩气气氛下置于反应釜内，在均相反应仪中加热至260℃，保温12h，得到FeNi@Se/C。

实施例3：

步骤一：将3g草酸铁、2g硝酸镍、10g尿素在研钵中充分研磨，

步骤二：将研磨后的固体粉末在密封手套箱中，氩气气氛下置于坩埚内，在感应交变磁场环境下，坩埚内物料切割磁感线，产生感应电流，从而使坩埚内物料被加热，温度控制在300℃，待产物自然冷却收集得到产物；

步骤三：将获得的产物在浓度为0.5M的硝酸中静置，腐蚀12h，分离出剩余固体，烘干；

步骤四：将步骤三所得产物与硒粉以1:4的比例混合，在密封手套箱氩气气氛下置于反应釜内，在均相反应仪中加热至260℃，保温12h，得到FeNi@Se/C。

将实施例1制得的样品在扫描电镜下进行观察，从图1中可以看出，产物呈现为竹节状的碳管；采用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析产物B，所得产物1的XRD见附图2；将所得的产物制备成纽扣式钠离子电池，具体的封装步骤如下：将活性粉，导电剂(SuperP)，粘接剂(PVDF)按照质量比为8:1:1的配比研磨均匀后，制成浆料，用涂膜器均匀地将浆料涂于铜箔上，然后在真空干燥箱80℃干燥12h。之后将电极片组装成Na-Se电池，采用新威电化学工作站对电池进行恒流充放电测试，测试电压为0.01V-3.0V，将所得材料装配成为纽扣电池测试其钠离子电池负极材料性能，倍率性能如图3。