[发明专利]一种CoSe2

说明书

本发明涉及一种CoSe₂/氮掺杂的空心碳纳米管为基础的锂硫电池正极材料及其制备方法，步骤为：取甲基橙、氯化铁和吡咯置于去离子水形成均一溶液，将溶液进行提纯，获得产物A；将产物A和钴源置于甲醇中，制得溶液A；将2‑甲基咪唑置于甲醇中，制得溶液B；将溶液A倒入溶液B，获得溶液C；将溶液C去除杂质、干燥后研磨并进行热处理；将热处理后产物和硒源进行硒化处理；将硒化后产物和升华硫粉研磨混合，再热处理使得两者充分混合后，热处理去除多余的硫粉，即可获得CoSe₂/氮掺杂空心碳纳米管。本发明获得的材料长循环稳定性，倍率性能表现优异，电荷转移电阻和离子扩散阻抗较小。

技术领域

本发明涉及一种CoSe₂/氮掺杂的空心碳纳米管为基础的锂硫电池正极材料及其制备方法，属于锂硫电池电极材料的制备领域。

背景技术

随着时代的发展，传统商业化的锂离子电池已经不能满足一些大型能源存储设备和电子设备的能量密度等方面的要求，锂硫电池因其自身具有较高的理论容量和能量密度引起了许多科研工作者的关注。锂硫电池因为硫本身来源广泛，无毒，具有较好的经济效益。同时锂硫电池面临着导电性差，稳定性差，穿梭效应严重，缓慢的动力学性能等问题。碳材料诸如碳纳米管， GO，rGO等作为电极材料均表现出优异的导电性和稳定性，将其作为硫的载体，解决了自身导电性差的问题，但是碳材料作为非极性材料对于多硫化物吸附性较差，且没有一定的电化学催化性，所以电池性能有待进一步提升。 CoSe₂作为一种极性材料对于多硫化物有着较好的化学吸附性，同时经过实验和模拟计算证明其对于促进多硫化物的转化也有着较好的表现，使得电池的电化学动力学性能大大提高。Chen等人将RGO/CoSe₂复合材料作为硫的载体用于锂硫电池的正极，极大的提高了锂硫电池中的电化学动力学性能，同时 RGO降低了S正极在充放电过程中的体积膨胀，从而一定程度上降低了S正极的损坏，后续合成电极材料其电池的比容量在0.2C的电流密度下可达到 1044.7mAh/g，当电流密度增大到2C后其容量仍能达到695.7mAh/g，同时在 1C的电流密度下经过400圈的充放电循环后每圈的容量衰减率仅有0.071％，通过这些数据可以看出该材料作为正极不仅使得电池的比容量大大提高，而且使得其循环稳定性，可逆性都得到了较大的提升。Wang等人合理的将N掺杂入CoSe₂，制得了一种具有优异催化性能的电极材料N-CoSe₂，发现材料对于S₈以及其它多硫化物均表现出优异的吸附性，同时通过模拟计算发现该材料能加速多硫化物的转化，降低其反应势垒，大大提升了电池的动力学性能。电池在E/S＝4.4μL/mg情况下，电池比容量能达到9.26mAh/cm²，实现了在低液硫比情况下的较高的电池比容量。在0.05C的电流密度下，电池容量高达 1630mAh/g，实现了电池性能极大的提升。

基于目前研究现状，大多数科研工作者采用了相对单一的材料对电极材料进行改良，功能比较单一，碳材料能解决电池循环稳定性差以及电极膨胀的问题，极性材料能解决多硫化物的吸附问题，电化学催化性材料解决了电池动力学性能差的问题，本发明有机的结合了氮掺杂的碳材料和CoSe₂，两者复合后兼具了碳材料的稳定性，氮掺杂后使得材料具有一定的缺陷对于对硫化物有一定的吸附性，CoSe₂对于多硫化物转化的催化性，使得材料整体表现出多功能性，组装的电池具有优越的电化学性能。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种CoSe₂/氮掺杂的空心碳纳米管为基础的锂硫电池正极材料及其制备方法，本发明通过原位聚合和热处理的方法结合CoSe₂和氮掺杂空心碳纳米管，使材锂硫电池正极料能够兼具碳材料的优异导电性，稳定性以及CoSe₂对于多硫化物较好的化学吸附性，电化学催化性。本发明制备过程较为简单，成本较低，获得的正极材料的长循环稳定性，倍率性能表现优异，电荷转移电阻和离子扩散阻抗较小，整体电化学性能优异。本发明技术方案如下：