[发明专利]一种硒金属化合物-炭材料-硫复合正极材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开一种硒金属化合物‑炭材料‑硫复合正极材料及应用，包括包括附着于炭材料的硒金属化合物以及吸附在炭材料‑硒金属化合物的硫；其中,炭材料质量是硒金属化合物质量的2至3倍；硫质量是硒金属化合物质量的1至2倍；本发明还公开了该复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、以炭材料作为基底，碱性条件下，硒金属化合物附着于炭材料表面，得到硒金属化合物‑炭；步骤二、将硒金属化合物‑炭与硫置于硫化碳中热合成，得到硒金属化合物‑碳‑硫电极材料；本发明在炭材料表面负载硒金属化合物和硫，针对多硫化锂具有适宜的化学吸附作用，提供更多的活性位点催化加速多硫化锂的动力学速率，同时结构稳定。

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，特别是涉及一种硒金属化合物-炭材料-硫复合正极材料、制备方法及应用。

背景技术

现有锂离子电池中，金属氧化物正极是最常见的，但这些通常是钴、镍和锰结合物的金属很昂贵。同时，由于要两个金属原子“携手”才能固定单个电子，因此这些阴极很重。硫要便宜很多，并且每个硫原子能固定两个电子。理论上，拥有硫阴极的电池能储存500Wh/kg或者更多。然而，硫并非电极的理想材料，实现真正产业化应用的锂硫电池仍面临诸多挑战，其中反应中间产物多硫化锂的“溶解穿梭行为”及其迟缓的动力学转化过程严重阻碍了锂硫电池的商业化进程。

溶解穿梭行为是指当锂离子同硫原子在阴极结合时，它们会发生反应形成被称为聚硫化物的可溶分子。这些分子会漂走，从而使阴极发生降解并且限制充电周期的数量和速度。聚硫化物还会迁移到阳极。在那里，它们会造成进一步的破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硒金属化合物-炭材料-硫复合正极材料，本发明在炭材料表面负载硒金属化合物和硫，针对多硫化锂具有适宜的化学吸附作用，提供更多的活性位点催化加速多硫化锂的动力学速率，同时结构稳定。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种硒金属化合物-炭材料-硫复合正极材料，包括附着于炭材料的硒金属化合物以及吸附在炭材料-硒金属化合物的硫；

其中,炭材料质量是硒金属化合物质量的2至3倍；硫质量是硒金属化合物质量的1至2倍。

优选硒金属化合物为硒化镍、硒化钴和硒化镍钴中的一种。本发明中优选硒金属化合物选用粉末状进行合成反应。本发明中金属硒化物相对于金属硫化物和金属氧化物具有更高的电子电导率,硒化镍、硒化钴和硒化镍钴与可以更好的附着于炭材料表面，高温下与硫化碳煅烧后，产物结构稳定，性能好。

优选所述炭材料为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的一种。本发明中Se和S具有接近的电负性和离子半径，三维柔性导电网络可以负载更多的硒硫，有利于实现高硒、高硫负载量的锂硫电池。

本发明的另一目的在于提供一种硒金属化合物-炭材料-硫复合正极材料的制备方法，本发明通过分步方便可控的制备复合正极材料，复合正极材料具有稳定结构，有效抑制溶解穿梭行为的发生。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种硒金属化合物-炭材料-硫复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、以炭材料作为基底，碱性条件下，硒金属化合物附着于炭材料表面，得到硒金属化合物-炭；

步骤二、将硒金属化合物-炭与硫置于硫化碳中热合成，得到硒金属化合物-碳-硫电极材料。

优选步骤一中硒金属化合物-炭的制备条件如下：

反应温度为60℃至90℃，反应时间6h至12h。

本发明中合成路线决定中间产物的纯度，纯度越高，最终产物的性能越好。

优选步骤二中热合成工艺条件如下：

反应温度为120℃至150℃，反应时间为18h至24h。本发明中步骤二热合成的温度太高，有副产物，温度太低，反应不进行。