[发明专利]一种CoSe2

说明书

CoSe₂纳米级空心球与石墨烯复合材料的制备方法，1)硒粉均匀溶解在质量百分比为85±10％的水合肼溶液中，室温下搅拌均匀，形成稳定的深棕色溶液；2)将石墨烯分散至蒸馏水中，质量浓度为5±1mg/mL，得到石墨烯分散液；3)将1)、2)得到的硒粉的水合肼溶液、石墨烯分散液和乙酸钴三者混合，室温下搅拌均匀；4)将3)得到的混和液在150～180℃下进行10h～18h水热反应，沉淀物依次洗涤、干燥；5)水热反应的产品置于氩气的保护气氛中，加热至300～350℃并保温60～120分钟，还原氧化石墨烯；其中，CoSe₂为纳米级的空心球结构，均匀嵌入片状的石墨烯层与层之间。本发明可用到的长循环寿命的锂硫电池正极材料的开发研究。

技术领域

本发明涉及CoSe₂纳米级空心球与石墨烯复合材料(RGO-CoSe₂)的构筑方法以及其负载硫后应用为锂硫电池的正极，属于新材料技术领域。

背景技术

锂二次电池因具有工作电压高、能量密度大(重量轻)、无记忆效应、循环寿命长以及无污染等优点，近年来，已经成为各类小型电子设备、电动自行车、电动汽车首先电源。电动汽车对锂离子二次电池提出了更高能量密度、循环寿命、倍率性能、低温和安全性能要求。然而，在锂离子二次电池体系中，传统正极材料LiFePO₄和 LiCoO₂理论比容量低(170mAh/g，274mAh/g)、能量密度小(120Wh/kg，360Wh/kg)，制约动力电源的发展。因此，各国科学家都在积极寻找新型锂离子电池正极材料。

1962年，发现硫可用于锂离子电池正极材料，具有极高的理论比容量(1675 mAh/g)，受到各国研究人员的关注，是最具潜力的下一代锂二次电池正极材料。锂硫电池的理论能量密度可以达到2600Wh/kg，远高于现有的锂离子电池的能量密度。此外，硫还具有价格低廉、储量丰富和环境友好等优点，作为一种绿色环保的清洁能源，锂硫电池的规模化应用可以有效地缓解环境污染问题，对建设可持续发展的经济和社会具有重要意义。

目前锂硫电池体系内部存在着较为严重的问题：(1)多硫化物有明显的“穿梭”效应，并显著地影响充电容量和放电容量。(2)固态的单质硫和放电产物硫化锂的电子绝缘性。(3)硫基正极在循环中体积形貌的变化。这些缺陷是造成电池倍率性能差、循环寿命短的主要原因，制约了锂硫电池大规模应用的进程。针对锂硫电池面临的困境，各国研究人员围绕正极材料种类及结构做出大量研究和改性。其中最有效的策略是对硫基正极的改性。即：将导电性高的、化学吸附作用强的材料构筑成多孔、疏松的结构，从而作为载体与活性物质单质S复合，制备成正电极。由此，组装的锂硫电池具有优异的电化学性能及稳定性。这些材料主要有，多孔结构的碳材料，金属氧化物，金属硫化物和导电聚合物等。

过渡金属硫属化合物，因其丰富的化学性质，在超级电容器、电化学析氢、燃料电池中具有广泛的应用研究。经过合理的设计与构筑微观结构，过渡金属硫属化合物能够表现出高的化学稳定性、导电性、化学亲和力强及催化活性，这些性质使得其极大可能解决锂硫电池正极的问题，从而研发出高比容量、长期稳定的正极材料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种CoSe₂纳米级空心球与石墨烯复合材料(即 RGO-CoSe₂)的构筑方法，该方法包括合成CoSe₂纳米级空心球，并将其均匀嵌入于石墨烯结构中。

本发明的目的还在于提供一种长循环寿命锂硫电池的用途，即RGO-CoSe₂可以负载单质硫并用于锂硫电池的正电极。所制得的产品，一方面，以其石墨烯独特的结构不仅可以缓冲电极结构的形变，也有效地提高硫电极的导电性；另一方面，CoSe₂纳米级空心球具有高的化学吸附作用及催化活性，能够有效地抑制多硫化物地“穿梭”效应，进而提高了的锂硫电池的比容量和器件的使用寿命。