[发明专利]锂硫电池催化材料硒化钴/硒化镍异质结的制备方法

说明书

本发明公开的锂硫电池催化材料硒化钴/硒化镍异质结的制备方法包括以下步骤：将三聚氰胺、葡萄糖、硝酸钴和硝酸镍依次加入去离子水中加热并搅拌，直到得到混合物粉末。将混合物粉末在惰性气体气氛中高温处理，得到钴/镍‑碳纳米管复合材料。将钴/镍‑碳纳米管复合材料与硒粉混合后，于惰性气体气氛中加热处理，得到硒化钴/硒化镍异质结‑碳纳米管复合材料。本发明采用简单的热处理方法得到了一种硫正极的高效催化材料，所得硒化钴/硒化镍异质结‑碳纳米管复合材料兼具高导电性、与多硫化锂适当的化学结合强度及高催化活性，是一种较理想的硫载体材料制备方法。

技术领域

本发明属于锂硫电池硫载体材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池催化材料硒化钴/硒化镍异质结的制备方法。

背景技术

锂硫电池具有高的理论比容量和比能量密度，且其实际能量密度有望在近几年达到500Wh kg^-1以上，以达到世界各国能源发展战略目标。另外，硫具有储量丰富、价格低廉和环境友好等优势，是可实现实际化应用的重要电池体系之一。然而，锂硫电池充放电过程的中间产物多硫化锂会形成穿梭效应，导致活性物质流失、容量衰减，穿梭至锂负极还会腐蚀锂，这些问题严重减缓了锂硫电池的实用化进程。

近年来，国内外研究者们发现穿梭效应形成的一个重要因素是多硫化锂缓慢的反应动力学。设计具有催化效应的硫载体材料可加快硫物种的转化反应，从而缩短多硫化锂在电解液中存在的时间，有效减缓多硫化锂的穿梭效应。用于锂硫电池的理想催化材料应兼具优异的导电性、对多硫化锂适当的化学结合能力以及高催化活性促进氧化还原反应。过渡金属化合物在锂硫电池中展现了较全面的优势，然而不同种类的过渡金属化合物对多硫化锂具有不同的作用。例如，金属氧化物对多硫化锂具有强的化学结合作用，但其导电性差，不利于硫正极的电化学反应。而金属氮化物、碳化物和磷化物极性较低，不如金属氧化物和硫化物对多硫化锂的化学结合能力。因此，可将具有不同特点、优势的金属化合物构建异质结材料，以得到优势互补的复合材料，并利用异质结构的高催化活性提高硫正极的反应动力学。目前，用于锂硫电池的异质结材料主要为金属氧化物基、金属氮化物和金属硫化物基异质，而缺乏对金属硒化物基异质结的构建。金属硒化物与硫化物具有相似的极性及更优异的导电性和催化活性，是一类极有潜力的硫载体材料。两种硒化物构建异质结可最大限度地发挥其优势，得到更高催化活性的硫载体材料加快硫正极的氧化还原反应，从而抑制穿梭效应，改善锂硫电池的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂硫电池催化材料硒化钴/硒化镍异质结的制备方法，构建的硒化物基异质结可协同发挥硒化钴、硒化镍及异质结构的催化活性，从而抑制穿梭效应，改善锂硫电池的电化学性能。

本发明所采用的技术方案是：锂硫电池催化材料硒化钴/硒化镍异质结的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将三聚氰胺加入去离子水中搅拌分散后，加入葡萄糖、硝酸钴和硝酸镍加热并搅拌，直到加入的去离子水完全挥发得到混合物粉末；

步骤2、将步骤1所得混合物粉末在惰性气体气氛中高温处理，得到钴/镍-碳纳米管复合材料；

步骤3、将步骤2所得钴/镍-碳纳米管复合材料与硒粉混合后，于惰性气体气氛中加热处理，得到硒化钴/硒化镍异质结-碳纳米管复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中加入的三聚氰胺、葡萄糖、硝酸钴和硝酸镍按质量份数计为：三聚氰胺6～8份、葡萄糖0.08～0.12份、硝酸钴0.2～0.5份、硝酸镍0.3～0.5份。

步骤1中加入的三聚氰胺质量为6.0～8.0g，葡萄糖质量为80～120mg，硝酸钴质量为0.2～0.5g，硝酸镍质量为0.3～0.5g。

步骤1中的去离子水体积为60～100mL。

步骤1中将三聚氰胺加入去离子水中的搅拌时间为5～8h。

步骤1中的加热温度为60℃。