[發(fā)明專利]一種CoSe2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811206129.2
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109473643B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳亮;申敏;李潔;尹文菁
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙學(xué)院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

CoSe₂納米級空心球與石墨烯復(fù)合材料的制備方法，1)硒粉均勻溶解在質(zhì)量百分比為85±10％的水合肼溶液中，室溫下攪拌均勻，形成穩(wěn)定的深棕色溶液；2)將石墨烯分散至蒸餾水中，質(zhì)量濃度為5±1mg/mL，得到石墨烯分散液；3)將1)、2)得到的硒粉的水合肼溶液、石墨烯分散液和乙酸鈷三者混合，室溫下攪拌均勻；4)將3)得到的混和液在150～180℃下進(jìn)行10h～18h水熱反應(yīng)，沉淀物依次洗滌、干燥；5)水熱反應(yīng)的產(chǎn)品置于氬氣的保護(hù)氣氛中，加熱至300～350℃并保溫60～120分鐘，還原氧化石墨烯；其中，CoSe₂為納米級的空心球結(jié)構(gòu)，均勻嵌入片狀的石墨烯層與層之間。本發(fā)明可用到的長循環(huán)壽命的鋰硫電池正極材料的開發(fā)研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CoSe₂納米級空心球與石墨烯復(fù)合材料(RGO-CoSe₂)的構(gòu)筑方法以及其負(fù)載硫后應(yīng)用為鋰硫電池的正極，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰二次電池因具有工作電壓高、能量密度大(重量輕)、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長以及無污染等優(yōu)點(diǎn)，近年來，已經(jīng)成為各類小型電子設(shè)備、電動自行車、電動汽車首先電源。電動汽車對鋰離子二次電池提出了更高能量密度、循環(huán)壽命、倍率性能、低溫和安全性能要求。然而，在鋰離子二次電池體系中，傳統(tǒng)正極材料LiFePO₄和 LiCoO₂理論比容量低(170mAh/g，274mAh/g)、能量密度小(120Wh/kg，360Wh/kg)，制約動力電源的發(fā)展。因此，各國科學(xué)家都在積極尋找新型鋰離子電池正極材料。

1962年，發(fā)現(xiàn)硫可用于鋰離子電池正極材料，具有極高的理論比容量(1675 mAh/g)，受到各國研究人員的關(guān)注，是最具潛力的下一代鋰二次電池正極材料。鋰硫電池的理論能量密度可以達(dá)到2600Wh/kg，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的鋰離子電池的能量密度。此外，硫還具有價格低廉、儲量豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，作為一種綠色環(huán)保的清潔能源，鋰硫電池的規(guī)模化應(yīng)用可以有效地緩解環(huán)境污染問題，對建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和社會具有重要意義。

目前鋰硫電池體系內(nèi)部存在著較為嚴(yán)重的問題：(1)多硫化物有明顯的“穿梭”效應(yīng)，并顯著地影響充電容量和放電容量。(2)固態(tài)的單質(zhì)硫和放電產(chǎn)物硫化鋰的電子絕緣性。(3)硫基正極在循環(huán)中體積形貌的變化。這些缺陷是造成電池倍率性能差、循環(huán)壽命短的主要原因，制約了鋰硫電池大規(guī)模應(yīng)用的進(jìn)程。針對鋰硫電池面臨的困境，各國研究人員圍繞正極材料種類及結(jié)構(gòu)做出大量研究和改性。其中最有效的策略是對硫基正極的改性。即：將導(dǎo)電性高的、化學(xué)吸附作用強(qiáng)的材料構(gòu)筑成多孔、疏松的結(jié)構(gòu)，從而作為載體與活性物質(zhì)單質(zhì)S復(fù)合，制備成正電極。由此，組裝的鋰硫電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能及穩(wěn)定性。這些材料主要有，多孔結(jié)構(gòu)的碳材料，金屬氧化物，金屬硫化物和導(dǎo)電聚合物等。

過渡金屬硫?qū)倩衔铮蚱湄S富的化學(xué)性質(zhì)，在超級電容器、電化學(xué)析氫、燃料電池中具有廣泛的應(yīng)用研究。經(jīng)過合理的設(shè)計與構(gòu)筑微觀結(jié)構(gòu)，過渡金屬硫?qū)倩衔锬軌虮憩F(xiàn)出高的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、化學(xué)親和力強(qiáng)及催化活性，這些性質(zhì)使得其極大可能解決鋰硫電池正極的問題，從而研發(fā)出高比容量、長期穩(wěn)定的正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種CoSe₂納米級空心球與石墨烯復(fù)合材料(即 RGO-CoSe₂)的構(gòu)筑方法，該方法包括合成CoSe₂納米級空心球，并將其均勻嵌入于石墨烯結(jié)構(gòu)中。

本發(fā)明的目的還在于提供一種長循環(huán)壽命鋰硫電池的用途，即RGO-CoSe₂可以負(fù)載單質(zhì)硫并用于鋰硫電池的正電極。所制得的產(chǎn)品，一方面，以其石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不僅可以緩沖電極結(jié)構(gòu)的形變，也有效地提高硫電極的導(dǎo)電性；另一方面，CoSe₂納米級空心球具有高的化學(xué)吸附作用及催化活性，能夠有效地抑制多硫化物地“穿梭”效應(yīng)，進(jìn)而提高了的鋰硫電池的比容量和器件的使用壽命。