[发明专利]石墨烯包覆氧化物-硒复合物铝电池正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯包覆氧化物‑硒复合物铝电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：（a）将粒度均匀的球形氧化物与硒粉充分混合研磨并煅烧，得到氧化物‑硒复合物；（b）将氧化物‑硒复合物溶于有机溶液中，使氧化物‑硒复合物表面带正电荷；（c）将石墨烯加入到步骤（b）的溶液中，在静电作用下得到石墨烯包覆氧化物‑硒复合物的前驱体；（d）将所述前驱体进行煅烧，即得铝电池正极材料。本发明通过静电作用实现了石墨烯对氧化物‑硒复合物的表面包覆，表面包覆层避免了在电化学过程中硒以及硒化物的溶解，改善了电极材料的导电性，因此，其在铝电池中表现良好的充放电容量、倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及铝电池正极材料制备技术领域，具体地说是一种石墨烯包覆氧化物-硒复合物铝电池正极材料的制备方法。

背景技术

目前，由于石油等不可再生燃料的大量使用使得环境污染以及温室效应等问题日益严重，利用清洁无污染的电能作为日常生活的能源势在必行。近几十年来，虽然锂离子电池已经应用到我们的日常生活中，但是近期由于不断出现的各种手机自燃以及电动汽车爆炸等问题，使其产生的安全问题引起人们的恐慌，并且金属锂在地壳中的存储量越来越少造成锂电池的成本急剧增加，因此，近年来，人们正在大力的开发其他安全性能好以及廉价的新型二次电池。在众多二次电池中（Na，Mg，Al，Zn，Ca和K），金属铝由于在室温条件下结构稳定不易形成枝晶以及其与离子液体不易爆炸因此其具体良好的安全性；另外，金属铝的体积能量密度是最高的，最重要的是金属铝在地壳中存储量最多的金属元素，其存储量是金属锂的三个数量级，因此，从未来能源领域的安全、电化学性能以及成本角度考虑，铝基电池将是锂离子电池最具潜力的替代品。

关于铝电池正极材料的研究，2015年，有团队报道了石墨铝离子电池的电化学性能，其放电比容量约为70 mAh g^-1，工作电压约为2.0V，并且其具有较好的循环性能。但是由于其放电比容量远远低于锂离子电池的放电比容量，因此造成其具备和铅酸电池类似的能量密度。为提高其放电比容量，近年来，关于铝电正极材料包括氧化物、硫化物、硒化物以及磷化物等进行了大量的报道。在这些电极材料中，氧化物、硫化物和磷化物虽然表现出比石墨较高的放电比容量，但是其工作电压较低，并且易出现相转变造成其具有较差的循环性能。硒化物表现出较好的放电比容量和较高的工作电压，但是在电化学循环过程中形成的硒化物可能溶解到电解质引起其容量的衰减。因此，关于铝电池正极材料的能量密度的改善还需进一步的研究和探索。

关于其他铝基电池，比如Al-S和Al-Se电池，Gao等人开发了Al-S电池，虽然其质量比容量约为1000 mAh g^-1，但是其工作电压只有约0.6 V，并且由于在电化学反应过程中涉及到了多硫化物和硫化物，高级多硫化物溶解到离子电解质中引起其较差的循环性能。2018年，Yu等人利用纳米线Se和多孔碳的复合材料报道了其在Al-Se电池中电化学性能，其可逆质量比容量为178 mAh g^-1，因此其质量比容量相比于Al-S、Na-Se电池还有较大差异。因此寻求一种新的制备铝电池正极材料合成方法，以达到显著提高铝电池的综合电化学性能是至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯包覆氧化物-硒复合物铝电池正极材料的制备方法，以解决现有铝电池正极材料电化学性能不理想的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯包覆氧化物-硒复合物铝电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（a）将粒度均匀的球形氧化物与硒粉按照摩尔比3∶1-9充分混合研磨，并在保护气氛下，于200-500 ℃煅烧2-12h，得到氧化物-硒复合物；

（b）将氧化物-硒复合物溶于有机溶液中，使氧化物-硒复合物表面带正电荷；

（c）将石墨烯加入到步骤（b）的溶液中，在静电作用下得到石墨烯包覆氧化物-硒复合物的前驱体；