[发明专利]C/CoSe2

说明书

C/CoSesubgt;2/subgt;@NC复合材料的制备方法及其应用，涉及电池材料技术领域，本发明以水为溶剂，结合二维ZIF‑67水热法，加入葡萄糖作抑氧化保护剂，最终制得更多面的多面体，增加了前驱体材料的比表面积，形成了一种硒化钴粒径较小、分散较均匀、具有大体积内腔的复合材料，碳球的特殊的内腔结构，缓解体积膨胀，同时具有好的比表面积有利于电解质的润湿，较大的孔体积容纳硫和硫化锂，掺杂氮源后可以抑制普通碳材料对多硫化锂的穿梭效应，提高电池充放电时的比容量，增强电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域。

背景技术

目前锂离子电池的最高能量密度已接近极限，但仍不能满足新兴电动汽车，混合动力车和下一代便携式电子设备的要求。为了获得更高的能量密度，涉及新的电化学和新的正极材料的先进电池系统近年来受到了密集的研究。

锂硫(Li-S)电池以丰富的单质硫为正极材料，因其理论能量密度高、成本低，成为最有前途的下一代储能设备候选者之一，与插层式电化学不同，Li-S电池涉及多电子转移电化学，基于S₈ + 16 Li⁺ + 16 e^-→8 Li₂S的转换反应，理论比容量为1672 mAh g^-1，放电平台为2.3 V左右(硫转化为长链多硫化物)和2.1 V（长链多硫化物转化为短链多硫化物），锂电池的比能量密度理论值为2560 Wh kg^-1。然而，锂硫电池的发展受到以下几点的阻碍：（1）硫和放电产物硫化锂的电导率低，（2）充放电过程产生的硫的较大的体积变化（约膨胀80%），（3）最重要的是在充放过程中存在着可溶性多硫化锂Li₂S_x的(4≤x≤8)穿梭效应，导致活性材料的损失和正极的不稳定。

已有报道材料掺杂硒原子后，可以显著增加锂硫电池的充放电容量。但是目前硒化物尤其是硒化钴作为锂硫电池正极基体材料的报道十分有限。有报道的硒化钴作为载硫体材料的锂硫电池的倍率性能和循环性能相比硫化物不是特别理想。现有硒化物合成工作局限于成分单一，结构简单；且存在材料利用率低和颗粒团聚等问题。这些导致了硒化物作为锂离子电池和锂硫电池电极的电化学性能差。

发明内容

本发明针对硒化钴作为锂硫电池电极的电化学性能差的问题，提供一种硒化钴粒径较小、分散较均匀，且有大体积内腔的电化学性能好的C/CoSe₂@NC复合材料的制备方法。

本发明步骤如下：

1）将六水合硝酸钴、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和葡萄糖溶于水后与二甲基咪唑水溶液混合，搅拌后置于高压反应釜内，在高温高压条件下进行第一水热反应，离心收集产物，乙醇洗涤，干燥得到ZIF-67纳米多面体前驱体；

2）将ZIF-67纳米多面体前驱体和CTAB超声下分散于水中，再依次加入间苯二酚、无水乙醇、氨水，恒温搅拌时间后，加入甲醛，搅拌条件下进行缩合反应，缩合反应后收集固体材料，经水和醇洗涤、干燥，最后在氩气做保护气的条件下下高温烧制，得到C/Co@C；

3）将C/Co@C和氮源分散在水中，高温高压条件下进行第二水热反应，水和醇洗涤后，真空干燥，得到C/Co@NC；

4）将C/Co@NC和硒粉混合研磨后，在氩气做保护气的条件下烧制，得到C/CoSe₂@NC。

本发明基于传统制备三维ZIF-67纳米多面体前驱体做了改进，水为溶剂时得到的是正方体纳米颗粒而甲醇为溶剂得到十二面体纳米颗粒，但水为溶剂更环保、廉价，考虑到以上问题，本发明用水作溶剂，结合二维ZIF-67水热法，加入葡萄糖作抑氧化保护剂，最终制得更多面的多面体，增加了前驱体材料的比表面积，从电镜图可以看出有26个大小不等的面，作为无需刻蚀除去的模板来说，比十二面体的效果更好。