[發明專利]Li-Se電池及鋰電池正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210078179.3
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102623678A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 沈國震;王顯福;陳娣;劉彬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于能源存儲領域，具體涉及Li-Se電池及鋰電池正極材料的制備方法。

背景技術

隨著通訊、電子設備、電動汽車和空間技術等方面迅速發展，對電池的性能提出了越來越高的要求。發展具有高比電容量、低成本和環境友好的新型鋰離子電池具有非常重要的意義。眾所周知，對實現安全有效的電化學能量存儲而言，新型電極材料的開發與應用是十分重要的。在鋰電池體系中，正極材料的發展一直制約著鋰電池前進的步伐。鋰電池一般包括包括正極、負極、隔膜和電解液四部分，傳統的正極材料如鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰等由于其理論電容量比較低，很難滿足鋰電池對高比電容量的要求。因此，新的能量密度高、循環壽命長、低成本的正極材料的開發十分重要。近些年來，Li-S電池因為具有高的理論電容量(1672mAh/g)，受到了極大地關注。但因為硫的離子導電性和電子導電性都很低，導致電極中硫的電化學性能和利用率低等問題，這就限制了單質硫在鋰電池中的使用。因此，尋求一種離子導電性和電子導電性都很高的，并且能量密度高的正極材料對鋰電池的實際應用仍然迫切。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Li-Se電池，解決現有鋰離子電池正極材料電容量低、合成復雜、價格昂貴、循環性不理想和電學穩定性不好的問題。

本發明的第二目的在于提供一種鋰電池正極材料的制備方法，采用熱蒸發的方法在襯底上均勻生長單質硒，這種直接生長在導電襯底上的結構不需要添加粘結劑，有效的增加活性物質與集電極之間的電子傳輸，有效提高鋰電池的性能。

Li-Se電池，包括正極、負極、隔膜和電解液，所述正極材料采用單質硒。

所述單質硒為多孔狀單質硒微米球、硒納米線和硒納米帶中的任意一種。

一種鋰電池正極材料的制備方法，具體為：將硒粉置于通有保護氣體的加熱裝置中，啟動加熱裝置加熱，硒粉受熱蒸發，保溫至硒粉完全蒸發，自然冷卻，硒蒸氣沉積于預先放入加熱裝置中的襯底上生長成孔狀單質硒微米球。所述保溫溫度為400-800℃，保溫時間為30-60min。所述襯底為碳布、銅箔、泡沫鎳或鋁箔中的任意一種。

一種鋰電池正極材料的制備方法，具體為：將硒粉和鍍有催化劑的襯底放入加熱裝置，通入保護氣體，啟動加熱裝置加熱，硒粉受熱蒸發，保溫至硒粉完全蒸發，自然冷卻，硒蒸氣沉積于襯底上，并在催化劑的作用下生長成硒納米線或硒納米帶。所述保溫溫度為250-400℃或400-600℃，保溫時間為30-60min。所述催化劑為金顆粒。

本發明具有如下有益效果：

a.針對目前鋰離子正極材料比容量低、價格昂貴等缺點，本發明提出的單質硒具有高的比容量，并且價格相對便宜，合成方法簡單的，電化學穩定性良好等優點。這種新型的鋰離子二次電池正極材料具有很高的實用價值和很好的發展前景。

b.很大的提高了鋰離子電池的各方面性能，如電池循環一百多次沒有明顯的衰減出現，并具有較高比電容量(900mAh/g)。

c.與單質硫相比，單質硒的導電性高出20倍，同時本發明制備的多孔狀的單質硒微米球有效增加了比表面積，增大鋰離子嵌入脫出，同時又可承受多大的體積形變，提高了鋰電池性能。

d.本發明將多孔狀單質硒微米球生長在多種導電襯底上，尤其是柔性襯底上，對柔性鋰離子電池的研究有很大幫助。

另外，本發明采用熱蒸發的方法在銅片、鋁片、碳布等襯底上均勻生長了多孔狀的單質硒微米球(如圖3)。與傳統的刮片法相比，這種直接生長在導電襯底上的結構不需要添加粘結劑，可以有效的增加活性物質與集電極之間的電子傳輸。并且多孔狀的結構可以增大鋰離子的嵌入和脫出，又可以承受更大的體積變形，對提高鋰電池的性能有很大幫助。

附圖說明

圖1為1500倍放大條件下純碳布的掃描電子顯微鏡圖；

圖2為1500倍放大條件下鏈狀硒微米球/碳布復合結構的掃描電子顯微鏡圖；

圖3為放大的多孔狀單質硒微米球掃描電子顯微鏡圖；

圖4為Li-Se電池C-V測試結果圖；

圖5為Li-Se電池電壓性能測試結果圖；

圖6為Li-Se電池循環性能測試結果圖。

具體實施方式

下面通過借助實例更加詳細地說明本發明，但以下實施例僅是說明性的，本發明的保護范圍并不受這些實施例的限制。

本發明Li-Se電池的正極材料采用單質硒，硒的形貌具體可采用多孔狀單質硒微米球、硒納米線、硒納米帶等等。

實施例1：多孔狀單質硒微米球