[发明专利]一种氧化物-硒化物异质结构材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用

说明书

本发明属于电化学储能材料领域，具体涉及一种氧化物‑硒化物异质结构材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用。通过水热法用苯胺对金属氧化物进行插层和聚合，形成具有高比表面积的纳米花片状结构聚苯胺‑金属氧化物复合材料，再通过前置硒源，利用化学气相法对金属氧化物进行原位硒化，形成氧化物‑硒化物异质结。本发明所制备的氮硒掺杂碳@氧化物‑硒化物异质结保留了前驱体聚苯胺‑金属氧化物的形貌，同时由于异质结的存在，在抑制多硫化锂穿梭效应方面可以达到吸附‑催化双功能的效果。

技术领域

本发明属于电化学储能材料领域，具体涉及一种氧化物-硒化物异质结构材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用。

背景技术

随着安全、低成本、环保的电化学储能装置的引入，锂离子电池作为最好的商用二次电池系统，越来越多地应用于电动汽车和便携式电子设备。作为锂离子电池体系之一的锂硫电池以其优异的理论比容量(1672mAh g^-1)、理论能量密度(2600Wh Kg^-1)和硫正极的地壳丰度高、环境友好等优点而得到了广泛的研究。逐渐进入研究者的视野并得到了广泛的研究。然而，锂硫电池的开发和实际应用遇到了重大挑战：首先，由于硫和硫化锂固有的电绝缘，会影响电子传递，从而阻止活性材料得到充分利用。其次，在充放电过程中，反应物与产物之间存在着巨大的密度差异，这将导致电极严重收缩和膨胀，降低电池的循环耐久性和使用寿命。最后，多硫化物的穿梭效应会消耗活性物质，导致容量迅速下降，库伦效率较差。

为了解决这些问题，人们对硫正极进行了大量的研究。为了提高导电性和应对硫单质在充放电过程中发生的体积膨胀，在硫正极中加入一些多孔的、管状的、核壳状的非活性物质(如碳)，作为支撑骨架和电子通道。同时，对抑制多硫化物穿梭效应的各种硫主体材料的探索和机理研究也从未停止过。根据作用力的不同，这些策略大致可以分为两类：物理约束和化学吸附作用。物理约束策略通常在空间限制了聚硫主机结构特点的材料。一般来说，区域结构和大的比表面积和较低的密度,如多孔结构、核壳结构和分层结构引用，更有吸引力。但是碳基材料对多硫化锂弱的亲和力和吸附力决定了单纯的碳材料不足以作为一个理想的固硫材料。因此，在应对多硫化锂穿梭效应方面往往需要物理约束和化学作用相结合的双重策略。

在抑制多硫化物穿梭效应的策略中，催化剂的作用愈发受到关注。催化剂对多硫化物的作用一般包括吸附作用和催化作用。其中，过渡金属氧化物凭借着其对多硫化物的吸附作用成为了较为适合的选择。同时，硒化物对多硫化物转化动力学的推动作用也在诸多研究中得到了证实。但，虽然杨等人制备了WS2-WO3的异质结构，可其应用于锂硫电池正极材料中(Adv.Energy Mater.2020,2000091)；Kang等人报道了TiO2-TiN的异质结构，其结果显示该异质结可提升锂硫电池的容量和循环性能(Energy Environ.Sci.,2019,12,3144--3155)。然而，目前并没有研究者报道将氧化物和硒化物结合为异质结构并应用于锂硫电池的研究。

发明内容

本发明目的在于一种氧化物-硒化物异质结构材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种氧化物-硒化物异质结构材料的制备方法，通过水热法用苯胺对金属氧化物进行插层和聚合，形成具有高比表面积的纳米花片状结构聚苯胺-金属氧化物复合材料，再通过前置硒源，利用化学气相法对金属氧化物进行原位硒化，形成氧化物-硒化物异质结。

具体为：

(1)聚苯胺-金属氧化物前驱体的制备：将苯胺分散在去离子水中，加入金属氧化物；在经酸调节体系pH＝2-5，超声后转入水热釜于120-180℃热处理12-36h，而后洗涤、干燥得聚苯胺-金属氧化物前驱体粉末；