[發(fā)明專利]一種NiCoSe/碳布/S復合鋰硫電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210404882.2
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114824275A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 任慢慢;王賀;蘇晗;劉偉良;楊銘志;馬文慶
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/04;H01M10/052
• 代理公司: 濟南格源知識產(chǎn)權代理有限公司 37306
• 代理人: 張蕾

本發(fā)明屬于鋰硫電池電極材料的制備技術領域，尤其涉及一種NiCoSe/碳布/S復合鋰硫電池正極材料及其制備方法。本發(fā)明采用原位生長和熱處理的方法合成了具有蜂窩狀的CoNiSe/碳布的復合材料，載硫后用于鋰硫電池正極。本發(fā)明所述正極材料以碳纖維布作為三維碳材料導電網(wǎng)絡，所述碳纖維布上復合NiCoSe形成NiCoSe/碳布復合材料，單質(zhì)硫負載在所述NiCoSe/碳布復合材料上，所述NiCoSe為具有蜂窩狀結(jié)構的鈷鎳雙金屬硒化物。本發(fā)明制備的電極材料相比于傳統(tǒng)柔性電極材料擁有了更加優(yōu)異的導電性、穩(wěn)定性，通過對碳布復合雙過渡金屬硒化物，提高了碳布對多硫化物的吸附作用，抑制了“穿梭效應”，使得電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學性能得到了較大的提升。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰硫電池電極材料的制備技術領域，尤其涉及一種NiCoSe/碳布/S復合鋰硫電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰硫電池是以硫作為活性物質(zhì)，具有較高的理論比容量和能量密度，硫在地球上的儲量豐富，價格低，能夠降低電池的成本，因此開發(fā)鋰硫電池具有很大的應用前景。即使鋰硫電池具有較多的優(yōu)勢，但其面臨的問題仍然制約著其大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化應用。硫的宿主材料多以碳材料為主，如以碳納米管、石墨烯和多孔碳等材料為基體材料來負載硫單質(zhì)。單質(zhì)硫在充放電過程中發(fā)生結(jié)構的變化，會使電極發(fā)生體積膨脹，影響鋰硫電池容量及電化學性能。為解決鋰硫電池面臨的硫?qū)щ娦圆睿扇苄远嗔蚧锏拇┧笮娀瘜W反應過程中體積膨脹等問題，許多科研工作者將硫和諸多碳材料進行復合，制得硫碳電極，增強了整體的導電性和穩(wěn)定性，如碳納米管、碳球、石墨烯、碳纖維布等都表現(xiàn)出了較好的電化學性能利用碳材料直接構建導電網(wǎng)絡，可以緩解單質(zhì)硫自身導電性較差的情況，從而提高材料導電性。

現(xiàn)有技術中對于鋰硫電池的研究仍面臨很多問題，S和Li₂S的離子導電性和電子導電性較差，使得硫的轉(zhuǎn)化動力學緩慢，反應速率較差，進而對活性材料的利用率進一步降低；硫轉(zhuǎn)化反應產(chǎn)生的高階多硫化物溶于醚基電解質(zhì)，而且溶解的多硫化物會在濃度梯度的驅(qū)動下傾向于向陽極擴散，由于鋰金屬陽極具有強還原性會把擴散的多硫化物直接還原成不溶的Li₂S和Li₂S₂顆粒。這些顆粒附著在金屬鋰表面會導致容量降低和庫侖效率降低。同時，溶解的多硫化物會增加電解液粘度，從而減緩鋰離子的傳輸；硫的轉(zhuǎn)化反應伴隨著較大的體積變化。結(jié)構變化會導致電極材料有較大的體積膨脹，反復的體積變化會破壞其自身的性能和結(jié)構，降低了電極材料的穩(wěn)定性，使電極的容量迅速減少。

傳統(tǒng)的碳材料只能通過控制其微觀結(jié)構來解決對多硫化物吸附性較差的問題，具有單一性，其效果不佳，電化學性能仍需要提高。極性材料對多硫化物具有較好的化學吸附，同時能夠?qū)Χ嗔蚧锏霓D(zhuǎn)化起到催化的作用，因此有機的結(jié)合極性和非極性材料，能夠顯著提高電極材料的電化學性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種NiCoSe/碳布/S復合鋰硫電池正極材料及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種NiCoSe/碳布/S復合鋰硫電池正極材料，該正極材料是以碳纖維布作為三維碳材料導電網(wǎng)絡，復合具有蜂窩狀結(jié)構的鈷鎳雙金屬硒化物（NiCoSe），單質(zhì)硫負載在復合材料上。在此結(jié)構的基礎上，柔性碳纖維布既可實現(xiàn)高效的離子和電子的傳輸，又對多硫化物具有一定的物理吸附能力，此外在碳纖維布上復合具有蜂窩狀極性NiCoSe雙金屬硒化物，既可以提高對多硫化物的化學吸附，又能充當硫單質(zhì)氧化還原反應的催化劑，加快電化學反應動力學過程，從而提高了鋰硫電池的電化學性能。

本發(fā)明采用原位生長和熱處理的方法合成了具有蜂窩狀的CoNiSe/碳布的復合材料，載硫后用于鋰硫電池正極。本發(fā)明制備的電極材料相比于傳統(tǒng)柔性電極材料擁有了更加優(yōu)異的導電性、穩(wěn)定性，通過對碳布復合雙過渡金屬硒化物，提高了碳布對多硫化物的吸附作用，抑制了“穿梭效應”，使得電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學性能得到了較大的提升。