镍/钴硒化物插层石墨的钠存储性能优化机制及电化学行为研究

　　为解决石墨在钠离子电池(SIBs)中容量受限的问题，研究人员通过气相插层-水热法合成镍/钴硒化物插层石墨复合材料(NiSe2 -GIC/CoSe2 -GIC)。系统探究金属盐类型(NiCl2 /Co(NO3 )2 )和温度(800°C)对插层行为的影响，获得282.2 mAh g?1 的高初始放电容量，为高容量SIBs负极材料设计提供新思路。

　　

随着全球能源结构转型，钠离子电池(SIBs)因钠资源丰富、成本低廉被视为下一代规模储能技术。然而，钠离子较大的水合半径(1.02 ?)导致其在传统石墨负极中扩散能垒高、容量低(仅35 mAh g^?1
)。虽然醚基电解质通过溶剂共插层机制提升了石墨性能，但固有层间距(0.335 nm)仍限制容量突破。过渡金属硒化物(TMSs)虽具高理论容量(NiSe₂
达495 mAh g^?1
)，但充放电过程中的体积膨胀易致结构坍塌。针对这一矛盾，陕西科技大学团队创新性地提出将TMSs插层石墨的策略，通过《Journal of Energy Storage》发表研究揭示了金属盐类型与温度对插层行为的调控规律。

研究采用气相插层结合水热硒化的关键技术：1) 不同镍/钴盐(NiCl₂
/Co(NO₃
)₂
等)与天然石墨混合后在Ar气氛下梯度升温(100-1000°C)实现金属插层；2) 通过二丁胺辅助水热法将Se^2?
转化为金属硒化物；3) 采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征层间距变化；4) 通过恒电流充放电测试评估倍率性能。

【Results and discussion】

1. 金属盐筛选实验表明：NiCl₂
   和Co(NO₃
   )₂
   因阴离子尺寸小、扩散势垒低，在800°C时插层效率最高，使石墨层间距从0.335 nm扩展至0.465 nm；2) 温度依赖性研究发现：低于800°C时金属离子迁移不充分，高于800°C则导致石墨结构破坏；3) 电化学测试显示：NiCl₂
   /Se-800°C在10C倍率下初始放电容量达282.2 mAh g^?1
   ，较原始石墨(184.7 mAh g^?1
   )提升52.7%，且循环100次后容量保持率超90%。

【Conclusions】该研究阐明金属盐阴离子类型通过影响插层动力学决定GIC性能，其中NiCl₂
因Cl^?
的弱配位能力更易解离出Ni²⁺
，而Co(NO₃
)₂
的NO₃
^?
在高温分解产生氧化性气氛促进插层。优化的800°C处理温度平衡了金属离子迁移与结构稳定性。所制备的TMSs-GIC兼具石墨的导电网络和硒化物的高容量特性，为发展"插层-合金化"双机制协同的SIBs负极材料奠定基础。