[發明專利]一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202211462215.6
• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115863736A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 王治宇;關夢甜;邱介山;孟祥玉;劉鈺昭
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

1.一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池，其特征在于，所述的高能量準固態鋰二次電池由正極材料、負極材料和聚合物凝膠電解質組成；

所述的正極材料為硒與碳纖維的復合材料；所述的負極為商業化金屬鋰片。

2.根據權利要求1所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池，其特征在于，所述的正極材料中的硒為商業化硒粉，硒的載量為30–50wt.％。

3.根據權利要求1所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池，其特征在于，所述的聚合物凝膠電解質為二氟草酸硼酸鋰和六氟磷酸鋰溶于酯基溶劑后，經光引發劑聚合而成。

4.一種權利要求1-3任一所述的基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，制備正極材料

1)將聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、乙炔黑和過渡金屬鹽加入到N,N–二甲基甲酰胺中，攪拌溶解形成前驅體溶液；

2)將步驟1)中得到的前驅體溶液利用靜電紡絲機進行紡絲后，將得到的產物在空氣中熱處理；

3)將步驟2)所得的材料在氬氣中進行熱處理，獲得過渡金屬摻雜的多孔碳纖維材料；

4)將步驟3)中得到的碳纖維材料與硒粉按照比例混合，在惰性氣氛中加熱得到硒/碳復合材料；

5)將步驟4)中得到的硒/碳復合材料與炭黑導電劑及聚偏氟乙烯混合配制漿料涂覆至金屬鋁箔上，干燥后得到復合正極；

第二步，制備聚合物凝膠電解質

將二氟草酸硼酸鋰和六氟磷酸鋰于常溫常壓條件下均勻溶解于酯基溶劑中，加入光引發劑后經紫外線照射形成聚合物凝膠電解質；其中，光引發劑濃度為10–20mg mL^-1；

第三步，電池組裝

在手套箱內，將第二步所得聚合物凝膠電解質置于第一步所得正極與商業化金屬鋰負極之間組成電池；其中，所述的聚合物凝膠電解質用量為每毫克硒添加10–30μL。

5.根據權利要求4所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的制備方法，其特征在于，所述第一步步驟1)中，所述的過渡金屬鹽為乙酸鈷，硝酸鈷，乙酸鎳，硝酸鎳中至少一種；所述的第二步中，所述的酯基溶劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯與乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯中至少一種；所述的第二步中，光引發劑為1–羥基環己基苯基甲酮或2–羥基–2–甲基–1–苯基–1–丙酮中的至少一種。

6.根據權利要求4所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的制備方法，其特征在于，所述第一步步驟1)中，所述的聚丙烯腈的濃度為65–120mg mL^-1，聚甲基丙烯酸甲酯的濃度為25–65mg mL^-1，乙炔黑的濃度為10–30mg mL^-1，過渡金屬鹽的濃度為10–20mg mL^-1；所述第二步中，二氟草酸硼酸鋰濃度為28–144mg mL^-1，六氟磷酸鋰濃度為76–152mg mL^-1。

7.根據權利要求4所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的制備方法，其特征在于，所述的第一步步驟2)中，所述的熱處理溫度為100–300℃，熱處理時間為1–5h；所述的第一步步驟3)中，所述的熱處理溫度為500–800℃，處理時間為1–3h；所述的第一步步驟4)中，所述的加熱溫度為260–380℃,加熱時間為8–20h。

8.根據權利要求4所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的制備方法，其特征在于，所述的第一步步驟4)中，所述的碳纖維材料與硒粉的混合質量比為4:6–6:4。

9.根據權利要求4所述的一種基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的制備方法，其特征在于，所述的第二步中，所述紫外光照時間為5–20秒。

10.一種權利要求1-3任一所述的基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池的應用，其特征在于，所述的基于硒正極的高能量準固態鋰二次電池應用于鋰硒電池。