[發明專利]一種應用于鋰硫電池的納米硫/三硒化二銻復合正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201711445940.1
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108155364A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 張永光
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種用于鋰硫電池正極的硫/三硒化二銻復合材料的制備方法。該方法包括如下步驟：將SbCl₃、Se粉一同倒入反應器中，再將其置于冷凝器中，在氮氣保護下保持200~220℃加熱0.3~0.6h，制備得到納米棒狀的Sb₂Se₃材料；將制得的三硒化二銻和純相納米硫粉，放入研缽中研磨采用熱熔法摻硫，在150?160℃下加熱10?16小時，待冷卻到室溫后，得到硫/三硒化二銻材料。本發明制備的成本較低，工藝簡單，并且三硒化二銻納米棒的直徑在50~200 nm。

技術領域

本發明的技術方案涉及一種制備新型硫與三硒化二銻的復合材料，具體地說是一種應用于鋰硫電池的納米硫/三硒化二銻復合正極材料的制備方法。本發明屬于納米材料制備及新能源器件領域。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展，手機、筆記本電腦、電動汽車與混合電動汽車等產品的設備對能量存儲具有更高等次的要求。鋰硫電池有著優越的電化學性能(理論比容量為1672 mAh/g，且比能量可達2600Wh/kg)，與其它鋰離子二次電池相比，鋰硫電池的的原料豐富、環境友好、成本低廉，適合大規模生產，并且適合各種移動設備對于儲能電池的要求，具有極大的發展前景。因此，人們將目光轉向了高比容量、循環好的電極材料體系——鋰硫電池。

但是鋰硫電池在開發過程中仍然存在一些問題：鋰多硫化合物溶于電解液；硫導電性非常差；硫在充放電過程中體積變化較大，容易造成電池損壞。一，單質硫的離子導電性和電子導電性差，并且還原終產物Li2S2和Li2S也是電子絕緣體,難以傳遞電荷，對于鋰硫電池的形成增加了阻礙。二，在鋰硫電池進行氧化還原反應過程中，產生的長鏈多硫化物，易溶于有機電解液，不僅會降低離子導電性，而且多硫離子能在正負極之間遷移產生“穿梭”效應，導致活性物質損失和電能浪費。三，在電池靜置以及充放電過程中，電極材料會因其化學反應而產生巨大的體積變化，這種體積變化會破壞其電極結構從而影響電池的性能。這些問題導致鋰硫電池對活性物質利用率低，限制其廣泛的應用。

科研人員通過對鋰硫電池的不斷探索，通過將不同種類的導電材料與硫復合從而提高其電化學性能。硫、硒位于元素周期表的第Ⅵ族，可與金屬鋰發生多電子的氧化還原反應。由于元素周期表第Ⅵ主族元素(O、S、Se)，可與Li發生多電子的電化學反應，且第Ⅵ主族元素與Li之間所形成的電勢差較大，單電荷轉移所需物質的量又少，可以實現能源儲存的最大化，是一類具有高理論能量密度的鋰電池體系。金屬硒化物具有優異的光電性能和結構特性，因此被廣泛應用于太陽電池、光電探測器、相變存儲器等領域，然而很少應用在鋰離子電池中。

發明內容

本發明的目的為針對當前技術存在的不足，提供一種可用于鋰硫電池正極的硫/三硒化二銻復合材料的制備方法。該方法通過把棒狀的三硒化二銻與硫的結合，有效解決鋰硫電池中正極材料活性硫的散失和穿梭效應的問題，提高電池正極材料的導電性，從而在整體上提高鋰硫電池的電化學性能和循環穩定性。

本發明的技術方案如下：

一種用于鋰硫電池正極的硫/三硒化二銻復合材料的制備方法，包括如下步驟：

第一步，制備三硒化二銻：

將SbCl₃、Se粉一同倒入反應器中，再將其置于冷凝器中，在氮氣保護下保持200～220℃下回流反應0.3～0.6h，制備得到納米棒狀的Sb₂Se₃材料；其中，摩爾比SbCl₃：Se＝1:3；

第二步，制備硫/三硒化二銻復合鋰硫電池正極材料：