Page 179 - 《精细化工》2022年第2期
P. 179

第 2 期            叶   军，等:  花状 SnSe 0.5 S 0.5 @N-C 复合材料的制备及其在钠离子电池中的应用                    ·383·


                 基于 Na 15 Sn 4 的完全钠化状态，锡的理论比容量                 搅拌 3 h；加入 130 μL Py，继续搅拌 1 h；缓慢滴加
            为 847 mA·h/g [3-5] 。然而锡基材料的粉化和聚集问题                 50 mL 0.1 mol/L 的 FeCl 3 •6H 2 O 水溶液，室温下继
            容易导致电池循环寿命差            [6-7] 。目前解决的主要策略            续搅拌 4 h；反应物抽滤，固体用去离子水洗涤，然
            是粒子纳米化，降低充放电过程中的机械应变，保                             后，在 80  ℃下真空干燥 12 h，得到前驱体 SnSe@
            护结构的完整性        [8-10] ；其次是将锡与其他导电框架                PPy。
            在纳米尺度进行结合，缓冲循环过程中体积膨胀的                             1.2.2  SnSe 0.5 S 0.5 @N-C 复合材料的制备
            同时，也防止纳米粒子的聚集并增强导电性                     [11] 。硒        将 0.1 g SnSe@PPy 和 0.2 g（6.25 mmol）硫
            和硫均是具有优异电化学性质的硫族元素                    [12] ，硒、     粉分别放入管式炉中的两个瓷舟中；接着，将装有
            硫的掺杂可以改善锡基材料在 SIBs 中的电化学性                          硫粉的瓷舟放在管式炉上游，装有前驱体的瓷舟位
            能 [13] 。然而常见报道的均是二元锡基化合物，三元                        于下游，然后在 H 2 /Ar（体积比为 1∶9）氛围下以
            锡基化合物鲜有报道为活性材料                 [13-14]  。SnSe 0.5 S 0.5  2  ℃/min 的升温速率将管式炉加热到 450  ℃，并在
            具有较高的理论容量，通过与碳材料的复合可获得                             该温度下保持 4 h，得到黑色 SnSe 0.5 S 0.5 @N-C 复合
            较理想的电化学性能。                                         材料。以相同的方法，对 SnSe 进行硫化，制备了
                 为了解决 SIBs 负极材料容量低、循环不稳定等                      SnSe 0.5 S 0.5 作为对比样。
            缺点，本文拟通过简单的水热法来合成 SnSe 基质，                         1.2.3   表征方法
            并在其表层包覆一层聚吡咯（PPy），再通过煅烧和                               通过 XRD 对材料进行物相表征，2θ = 0°~90°。
            硫化工艺来制备 SnSe 0.5S 0.5@N-C 复合材料。碳包覆有                采用 SEM 对复合材料进行表面形貌分析，施加电压
            利于材料在充放电过程中保持更大的张力，有效防                             为 20.0 kV，在不同放大倍数下观察复合材料的形
            止孔道坍塌      [15-16]  。将复合材料与 SnSe 和 SnSe 0.5 S 0.5  貌；同时配备 X 射线能谱仪（EDS），对其进行点
            材料作为 SIBs 负极材料组装成半电池进行测试，期                         扫描和面扫描，从而确定复合材料的元素分布情况。
            望获得良好的电化学性能，为 SIBs 的实际应用提供                         采用 TEM 对材料进行测试，加速电压为 100 kV，
            理论支撑。                                              在不同放大倍数下进行观察。采用 XPS 对材料表面
                                                               进行分析，通过观察能谱中峰对应结合能的位置，
            1   实验部分                                           进而确定元素的种类，运用线性拟合的手段对元素

                                                               进行分析，观察材料改性后的化学键状态。
            1.1   试剂与仪器
                                                               1.2.4   电化学性能测试
                 NaOH、FeCl 3•6H 2O，AR，天津市凯通化学试剂
                                                                   将复合材料作为负极组装成 2032 型纽扣电池
            有限公司；SeO 2 ，AR，上海麦克林生化科技有限公
                                                               进行电化学性能测试，金属钠为正极，隔膜采用玻
            司；抗坏血酸（C 6H 8O 6）、SnCl 2 •2H 2O、吡咯（Py），
                                                               璃纤维，电解质为 1.0 mol/L  NaClO 4 /〔V(碳酸亚乙
            AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；十二烷基硫
                                                               酯)∶V(碳酸二乙酯)=1∶1〕。将复合材料、导电剂
            酸钠（SDS），天津市光复精细化工研究所；电解液
                                                               乙炔黑、黏结剂 PVDF 5130，按 m(SnSe 0.5 S 0.5 @N-C
            1.0 mol/L  NaClO 4 /〔V(碳酸亚乙酯)∶V(碳酸二乙
                                                               复合材料)∶m(乙炔黑)∶m(PVDF 5130)=8∶1∶1 的
            酯)=1∶1〕、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、聚偏二氟乙
                                                               比例混合，其中，每个电极中 PVDF 5130 质量约
            烯 5130（PVDF 5130），AR，东莞科路得有限公司。
                                                               0.18 mg，乙炔黑的质量约为 0.18 mg，采用 0.1 mL
                 SK-G05123K-2-420 真空气氛管式炉，天津中环
                                                               NMP 为溶剂均匀涂覆在铜箔上，真空干燥并裁剪成
            电炉股份有限公司；D8 FOCUS 型 X 射线衍射仪，
                                                               圆形极片，在无氧手套箱中进行组装，以钠片为对
            德国布鲁克公司；EscaLab 250Xi X 射线光电子能谱
                                                               电极，组装完成后静置 12 h 以上，再利用电池测试
            仪（XPS），美国 Thermo Fisher 公司；S-3400 型扫
                                                               系统进行循环、倍率等性能测试。在电化学工作站
            描电子显微镜、H-7650 型透射电子显微镜，日本日
                                                               上进行循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）测
            立公司；CHI660E 电化学工作站，上海辰华仪器有
                                                               试，其中，电压设定范围为 0.01~3.0 V。
            限公司；CT2001A 蓝电电池测试系统，武汉市蓝电
            电子有限公司。
                                                               2   结果与讨论
            1.2   实验方法
            1.2.1   前驱体的制备                                     2.1   形态和结构表征
                 首先，按照文献[17]通过水热法制备出前驱体                            前驱体 SnSe@PPy、SnSe 0.5 S 0.5 @N-C 复合材料
            SnSe；接着，将 1.00 g（5 mmol）SnSe 和 0.34  g    和对比样的 SEM 图如图 1 所示。从图 1a 可以看出，
            （0.1 mmol）SDS 分散在 100 mL 去离子水中磁力                   SnSe 由均匀的片状纳米基质堆积成直径为 1  μm 左
   174   175   176   177   178   179   180   181   182   183   184