[發(fā)明專利]一種碳納米管限域硒復合正極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109346684B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 喻萬景;易旭;張福勤;張寶;廖寄喬;戴瓊雨;何文潔;童匯;胡生勇;鄭俊超;張佳峰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 陸僖;寧星耀

一種碳納米管限域硒復合正極材料及其制備方法，所述復合正極材料中，單質硒納米顆粒以質量比0.5～5.0:1限域于碳納米管一維限域的納米空間內。所述制備方法，包括以下步驟：（1）將碳納米管置于強酸中，攪拌下，加熱純化處理，得純化的碳納米管；（2）將步驟（1）所得純化的碳納米管與硒粉研磨，并充分混合后，在保護性氣氛下，低溫熱處理，得碳納米管限域硒復合正極材料。本發(fā)明碳納米管限域硒復合正極材料能抑制體積膨脹，和穿梭效應，放電比容量高、高倍率充放電性能及循環(huán)性能優(yōu)異的碳納米管限域硒復合正極材料；本發(fā)明方法工藝簡單、成本低廉、適宜于工業(yè)化生產。

技術領域

本發(fā)明涉及一種復合正極材料及其制備方法，具體涉及一種碳納米管限域硒復合正極材料及其制備方法。

背景技術

在鋰離子二次電池體系中，正極材料一直是制約電池發(fā)展的瓶頸，其比容量、倍率性能和循環(huán)性能都需要進一步提升。傳統(tǒng)的正極材料，如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等，受其理論儲鋰容量的限制，即使對這些正極材料進行成分和工藝的改進，也難以使鋰離子電池在能量密度上取得突破性進展。因此，發(fā)展新的高能量密度、長循環(huán)壽命、優(yōu)異倍率性能的鋰離子電池正極材料顯得尤為迫切和重要。

硒（Se）是一種包含有d電子且與硫（S）同族的元素，由于其具有高達3268mAh·cm^-3的體積比容量和678 mAh·g^-1的質量比容量，以及遠高于S的電導性（1×10^-3S·m^-1），Se被認為是一種具有高容量和優(yōu)異倍率性能的潛在鋰離子電池正極材料，已引起廣大科研工作者的廣泛研究興趣。但是，Se和Li發(fā)生電化學反應時會產生大的體積膨脹，且與S電極同樣具有穿梭效應。在進行電化學充放電時，Se與嵌入正極的Li發(fā)生反應，生成可溶性中間相多硒化物（Li₂Se_x，3≤x≤8），該多硒化物一方面，會溶于電解液中造成正極活性物的損失，另一方面，會通過電解液到達負極，并在負極的表面生成非可溶性的固態(tài)鈍化層，造成負極活性物的失效，最終導致較大的不可逆容量損失和容量衰減，表現(xiàn)出較差的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，如何減緩容量衰減是提高Li-Se二次電池電化學性能的關鍵。

CN101864316A公開了一種碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料及制備方法，該碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料以碳納米管為骨架，表面包覆硒化鎘量子點。但是，該復合材料只是用碳納米管作為硒化鎘材料的支架材料，硒化鎘并沒有進入碳納米管內部，仍然沒有解決循環(huán)過程中體積膨脹導致的不可逆容量損失和容量衰減的問題。

CN102553528A公開了一種改性碳納米管材料、去除水中汞離子的方法及其再生方法，所述改性碳納米管材料為硒修飾納米粒子負載/鐵氧化物磁性碳納米管復合材料，將其作為吸附劑，置于待處理水中以吸附水中汞離子。但是，該改性碳納米管材料中的硒同樣也只是作為碳納米管的表面活性劑，未進入碳納米管內部，且其并未用于作為電池材料。

CN104201349A公開了一種具有多孔結構的硒碳電極材料的制備方法，該方法將碳材料引入硒正極材料中，但是并沒能最大程度上解決硒正極材料在充放電過程中的體積膨脹的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種能抑制體積膨脹，和穿梭效應，放電比容量高、高倍率充放電性能及循環(huán)性能優(yōu)異的碳納米管限域硒復合正極材料。

本發(fā)明進一步要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種工藝簡單、成本低廉、適宜于工業(yè)化生產的碳納米管限域硒復合正極材料的制備方法。