[发明专利]二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料及其制备方法、锂-二硫化硒电池和涉电设备

说明书

本申请提供一种二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料及其制备方法、锂‑二硫化硒电池和涉电设备。二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料的制备方法，包括：将还原氧化石墨烯接枝含氮导电高分子得到氮掺杂还原氧化石墨烯，通过液相法原位生成纳米二硫化硒，得到正极材料。二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料，通过所述的制备方法制得。锂‑二硫化硒电池，其原料包括二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料。涉电设备，包括锂‑二硫化硒电池或由锂‑二硫化硒电池供电。本申请提供的正极材料，具有良好的导电网络，有利于电子和离子传输，同时氮原子掺杂可以有效地吸附二硫化硒，并抑制循环过程中活性物质的溶解。

技术领域

本申请涉及电化学储能领域，尤其涉及一种二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料及其制备方法、锂-二硫化硒电池和涉电设备。

背景技术

传统商用锂离子电池由于具有较高的能量密度、较长的循环寿命及环境友好的特点而被广泛地应用于电动汽车、智能电网及各类消费类电子产品中。随着社会的发展，人们对电池的能量密度、循环寿命的要求不断提高。传统商用锂离子电池在能量密度的提高方面已接近极限，其正极材料如磷酸铁锂、三元材料较低的能量密度成为限制锂离子电池进一步发展的瓶颈。因此，开发具有更高能量密度和循环寿命的正极材料是实现电池高能量密度化的关键，并成为当下研究的热点。

近些年来，由于硫具有较高的理论储锂比容量(1675mAh·g^-1)、理论能量密度(2600Wh·kg^-1)、无毒及价格低廉的优势而用作正极材料，同时匹配金属锂负极用作锂硫二次电池。然而，由于硫的电子及离子绝缘性、同时在充放电过程中锂的多硫化物溶于电解液中带来的穿梭效应时循环寿命较差，极大地限制了锂硫电池的发展。与硫相比，硒具有较高的导电性和相近的体积能量密度(3253Ah·L^-1)，同样被认为是非常前景的正极材料。然而，较低的理论比容量是其发展的短板。庆幸的是，由硫和硒两种元素组成的化合物，二硫化硒(SeS₂)，可以同时兼备硫的比容量高和硒的电导率高的优势，同样也是非常具有前景的正极材料。

二硫化硒与硫和硒具有非常相似的化学性质，在充放电过程中，形成的多硫离子和多硒离子同样会溶于电解液中，发生穿梭效应，造成电池的循环寿命下降。为抑制多硫离子和多硒离子的溶出，一般可采用有序介孔碳材料，如CMK-3来进行物理吸附，或者以有机金属框架为模板制备的介孔碳与金属或极性较强的金属硫化物、氮化物进行掺杂的复合材料进行物理和化学吸附。这些措施对电池的循环性能具有较大的改善，但负载媒介的制备工艺往往比较复杂且产率较低。另一方面，这类电池往往使用金属锂作为负极材料，在充放电过程中，容易在负极形成锂枝晶，带来严重的安全问题。

除了多硫离子和多硒离子的溶出和锂枝晶生长带来的安全问题外，硫或者硒在负载介质如CMK-3等介孔碳材料上的担载量难以提高，是限制锂硫电池或者锂硒电池的能量密度难以提高的重要影响因素。主要表现在，为将硫或硒担载在负载解质上，往往通过高温熔融的方法将硫或硒加热成液态，然后通过毛细作用将硫或硒渗透进多孔介质的内部。由于负载介质内部空间有限，难以负载大量的硫或硒；同时，高温熔融时，负载介质的结构容易遭到破坏；当硫或硒的百分含量过高时，它们或者包覆在负载介质的外表面，或者形成团聚。

发明内容

本申请的目的在于提供一种二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料及其制备方法、锂-二硫化硒电池和涉电设备，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

一种二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料的制备方法，包括：

将还原氧化石墨烯接枝含氮导电高分子得到氮掺杂还原氧化石墨烯，然后再通过液相法原位生成纳米二硫化硒，得到所述二硫化硒复合氮掺杂还原氧化石墨烯正极材料。

优选地，所述接枝使用液相聚合法，所述液相聚合法包括：