[发明专利]一种碲硫复合碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种碲硫复合碳材料及其制备方法与应用，具体方法如下：S1：将导电高分子单体、硫源化合物在中性或碱性条件下振荡溶解；S2：完全溶解后，以碲作为工作电极进行电化学聚合，从而得到所述碲硫复合碳材料。本发明还包括碳材料、应用和锂电池正极，所述材料由于其稳定性好，导电性高，因此可用来制备锂电池正极，并表现出了较高的放电容量和循环性能，在能源领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学能源技术领域，具体涉及一种碲硫复合碳材料及其制备方法与其在锂电池中的应用。

背景技术

由于不可再生资源的枯竭和能源消耗问题日益突出，研究人员致力于寻找各种可再生能源来代替化石燃料，其中，锂离子电池引起了人们的关注。锂电池是一种新型的二次电池，它放电平台高，能量密度大，循环寿命长，目前被广泛应用于手机，笔记本电脑等电子设备中，它的出现促进了便携式电子设备以及电动汽车的发展。传统的锂电池比容量还比较低，为了进一步提高它的性能，适应社会发展的需要，人们通过改变它的正极材料，逐渐发展了锂硫电池，锂碲电池，锂硒电池等。

其中锂硫电池的发展正是如火如荼，硫的理论比容量达1675mAh g^-1，且具有来源广泛，价格便宜，对环境污染小等优势，这引起了众多研究者对它的关注。但是，由于硫本身的导电性和离子传导能力较差，体积膨胀严重，人们通常选择把它和其他材料，如碳纳米管等结合在一起，来克服这些困难。

而碲首次被发现是在17世纪，是一种银灰色的固体，它及硒、铼等元素被称作分散元素，在地壳中平均丰度值很低(6×10^‐5)。目前，它在冶金，化工，电子领域中都有应用,越来越受到人们的重视。它和性质与硫和硒相近，而且相对于它们，具有很好的导电性。同时，由于碲的密度很大，达6.24g cm^-3，所以尽管碲的理论质量比容量只有420mAh g^‐1，它的理论体积比容量可以达到2621mAh cm^‐1，这有利于它在小巧高端的电子设备领域能够有较好的应用。

CN201410101204.4公开了一种新型碲基电极以及其在锂碲电池及锂离子电池中的应用。该电极材料为选自碲‐载体材料复合物。该锂离子电池包含正极、负极和电解液，负极活性物质为选自碲基材料。所述方法将单质碲和载体材料混合球磨，高温处理得到该电极材料，制备的锂离子电池具有安全性，但放电比容较低。

Ding N等人(Advanced Energy Materials,2015,5(8).)合成碲/有序大孔碳材料，作为锂离子电池的正极。他将碲灌注入有序大孔碳中，制备的锂离子电池第一圈放电容量高达375mAh g^-1，但制备方法较为复杂。

Y.Liu等人(Mater.Chem.A 2014,2,12201.)在600℃真空条件下，往多孔碳中注入液体碲电极，电流密度为50mg^‐1时，在1000次循环后，可逆容量依然有224mAh g‐1，保持在其初始容量的87％。但是该方法需要真空及高温条件，对制备的要求较高。

J.R.He(ACS Nano 2016,10,8837.)等人则通过简单的水热反应研制出了一种由还原氧化石墨烯均匀包覆超薄纳米线的三维碲石墨烯气凝胶。该材料的制备方法简单，制得的电极循环稳定性好，80圈后仅仅衰减0.02％，但是它的放电比容量比较低，仅仅900mAhcm^-3。

Park A R和Park C M(ACS nano,2017,11(6):6074‐6084.)两人采用固相合成法，将碲和硒相结合，合成了一种立方晶体结构的Sn基化合物SnTe，并将它作为正极材料，应用于锂离子电池和钠离子电池。它的放电比容量非常高，但循环稳定性略有欠缺。