[發明專利]石墨烯包覆氧化物-硒復合物鋁電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010073066.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111180711B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 李戰雨;楊少鵬;張文明
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/054;C01B32/182
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 白海靜

本發明提供了一種石墨烯包覆氧化物?硒復合物鋁電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：（a）將粒度均勻的球形氧化物與硒粉充分混合研磨并煅燒，得到氧化物?硒復合物；（b）將氧化物?硒復合物溶于有機溶液中，使氧化物?硒復合物表面帶正電荷；（c）將石墨烯加入到步驟（b）的溶液中，在靜電作用下得到石墨烯包覆氧化物?硒復合物的前驅體；（d）將所述前驅體進行煅燒，即得鋁電池正極材料。本發明通過靜電作用實現了石墨烯對氧化物?硒復合物的表面包覆，表面包覆層避免了在電化學過程中硒以及硒化物的溶解，改善了電極材料的導電性，因此，其在鋁電池中表現良好的充放電容量、倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋁電池正極材料制備技術領域，具體地說是一種石墨烯包覆氧化物-硒復合物鋁電池正極材料的制備方法。

背景技術

目前，由于石油等不可再生燃料的大量使用使得環境污染以及溫室效應等問題日益嚴重，利用清潔無污染的電能作為日常生活的能源勢在必行。近幾十年來，雖然鋰離子電池已經應用到我們的日常生活中，但是近期由于不斷出現的各種手機自燃以及電動汽車爆炸等問題，使其產生的安全問題引起人們的恐慌，并且金屬鋰在地殼中的存儲量越來越少造成鋰電池的成本急劇增加，因此，近年來，人們正在大力的開發其他安全性能好以及廉價的新型二次電池。在眾多二次電池中（Na，Mg，Al，Zn，Ca和K），金屬鋁由于在室溫條件下結構穩定不易形成枝晶以及其與離子液體不易爆炸因此其具體良好的安全性；另外，金屬鋁的體積能量密度是最高的，最重要的是金屬鋁在地殼中存儲量最多的金屬元素，其存儲量是金屬鋰的三個數量級，因此，從未來能源領域的安全、電化學性能以及成本角度考慮，鋁基電池將是鋰離子電池最具潛力的替代品。

關于鋁電池正極材料的研究，2015年，有團隊報道了石墨鋁離子電池的電化學性能，其放電比容量約為70 mAh g^-1，工作電壓約為2.0V，并且其具有較好的循環性能。但是由于其放電比容量遠遠低于鋰離子電池的放電比容量，因此造成其具備和鉛酸電池類似的能量密度。為提高其放電比容量，近年來，關于鋁電正極材料包括氧化物、硫化物、硒化物以及磷化物等進行了大量的報道。在這些電極材料中，氧化物、硫化物和磷化物雖然表現出比石墨較高的放電比容量，但是其工作電壓較低，并且易出現相轉變造成其具有較差的循環性能。硒化物表現出較好的放電比容量和較高的工作電壓，但是在電化學循環過程中形成的硒化物可能溶解到電解質引起其容量的衰減。因此，關于鋁電池正極材料的能量密度的改善還需進一步的研究和探索。

關于其他鋁基電池，比如Al-S和Al-Se電池，Gao等人開發了Al-S電池，雖然其質量比容量約為1000 mAh g^-1，但是其工作電壓只有約0.6 V，并且由于在電化學反應過程中涉及到了多硫化物和硫化物，高級多硫化物溶解到離子電解質中引起其較差的循環性能。2018年，Yu等人利用納米線Se和多孔碳的復合材料報道了其在Al-Se電池中電化學性能，其可逆質量比容量為178 mAh g^-1，因此其質量比容量相比于Al-S、Na-Se電池還有較大差異。因此尋求一種新的制備鋁電池正極材料合成方法，以達到顯著提高鋁電池的綜合電化學性能是至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯包覆氧化物-硒復合物鋁電池正極材料的制備方法，以解決現有鋁電池正極材料電化學性能不理想的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種石墨烯包覆氧化物-硒復合物鋁電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

（a）將粒度均勻的球形氧化物與硒粉按照摩爾比3∶1-9充分混合研磨，并在保護氣氛下，于200-500 ℃煅燒2-12h，得到氧化物-硒復合物；

（b）將氧化物-硒復合物溶于有機溶液中，使氧化物-硒復合物表面帶正電荷；

（c）將石墨烯加入到步驟（b）的溶液中，在靜電作用下得到石墨烯包覆氧化物-硒復合物的前驅體；