[发明专利]一种基于杂原子化硫属固溶体TexSeySz的锂二次电池正极材料及制备方法

说明书

本发明具体涉及一种基于杂原子化硫属固溶体Te_xSe_yS_z的锂二次电池正极材料及制备方法。所述正极材料为Te_xSe_yS_z/C复合材料，其中Te_xSe_yS_z固溶体材料为Se_yS_z(x＝0)、Te_xS_z(y＝0)二元和Te_xSe_yS_z三元固溶体中至少一种。所述制备方法为：通过简单的一步热处理方法，在多孔炭载体的空间限域作用下，将单质硫、硒和/或碲互溶形成Te_xSe_yS_z固溶体，并均匀负载到碳载体框架中。与S相比，Te_xSe_yS_z固溶体材料具有更好的循环性能和倍率性能；与Se和Te相比，Te_xSe_yS_z固溶体材料具有更高的比容量。Te_xSe_yS_z固溶体材料，耦合了S、Se和/或Te的特性，特别是S的高理论容量以及Se和/或Te的高导电优势，因此Te_xSe_yS_z/C复合正极材料表现出更加优越的综合储锂性能。一步热处理制备Te_xSe_yS_z/C正极材料的方法，工艺简单，避免了多步热处理的繁琐操作。

技术领域

本发明属于电化学储能电池领域，具体涉及一种基于杂原子化硫属固溶体Te_xSe_yS_z的锂二次电池正极材料及制备方法。

背景技术

为了满足日益增长的高功率/高能量密度应用的需求，开发Li-S电池被认为是目前最有效的解决方案之一。然而，硫正极目前存在的一些问题严重阻碍了Li-S电池的商业化进程。(1)放电中间产物聚硫离子的溶解导致Li-S电池循环稳定性差和自放电率高；(2)硫和放电终产物Li₂S的电子和离子绝缘性导致硫正极利用率低和倍率容量差。为了解决上述Li-S电池存在的问题，目前普遍采用的方法是：利用导电碳材料作为载体束缚硫或者选择合适的电解液以抑制多硫化锂的溶出流失。然而，锂硫电池硫正极材料依然存在绝缘硫导电率低(5×10^-28S m^-1)和循环性能差等问题。

与硫单质相比，硫的同族元素硒单质为半导体材料，碲单质为导体材料，电导率均明显高出硫单质的20个数量级以上(Se：1×10^-4S m^-1；Te：2×10²S m^-1)。并且，单质硒和碲具有相当大小的理论体积比容量(Se：3240mAh cm^-3；Te：2621mAh cm^-3)。另外，Li-Se和Li-Te反应体系具有更高的反应效率、电化学反应活性和可逆性。然而，单质硒和碲的理论质量比容量(Se：675mAh g^-1；Te：419mAh g^-1)低于硫单质。基于以上硫和硒或碲正极相反且互补的电化学特性，硒硫二元或者碲硫二元复合材料综合了硫和硒或碲正极的电化学性能，可以有效提高锂二次电池的储锂性能。

CN201410846188.1公布了一种二次电池正极硫硒二元复合材料及制备方法。该硫硒二元复合材料的可逆容量较高，但是制备方法包括多步的热处理步骤，制备过程繁琐。