[发明专利]一种锂硒电池正极材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种锂硒电池正极材料的制备方法及其在锂硒电池中的应用。所述制备方法基于喷雾干燥技术，制备得到具有三维支撑结构的Ti₃C₂/Sb₂Se₃/Se正极材料，不仅可以提高负载材料对活性物质的负载率，并且其特殊的三维支撑结构可以防止锂硒电池正极材料在反复的充放电过程中发生塌陷，进而提升锂硒电池的电化学性能，有效地提高了锂硒电池的放电比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂硒电池正极材料的制备方法及其在锂硒电池中的应用，特别涉及一种基于喷雾干燥造粒制备具有三维支撑结构的载硒材料的方法，属材料化学领域。

背景技术

随着便携式电子产品和电池动力汽车的不断升级，对高能量密度储能器件的需求日渐提高，研发高能量密度的电极材料己经变成当前科学研究的重点课题。近年来基于转换反应的锂硫电池体系因其高比容量引起广泛关注，但锂硫电池体系中作为活性物质的硫导电性很低且充放电过程中有多硫化物引起的严重的“穿梭效应”等问题导致锂硫电池距离商业化应用还有一定的距离。作为氧、硫同族的元素，硒具有相当高的理论比容量且它的密度远远高于硫，这表明硒是具有良好性能的高容量正极材料。锂硫电池理论质量比容量为1675mAh/g，理论体积比容量为3467mAh/cm³；锂硒电池理论质量比容量为678mAh/g，但由于硒的密度较高(单质硒密度为4.823g/cm³，约为硫的2.4倍)，因此锂硒电池理论体积比容量达3254mAh/cm³，达到与锂硫电池理论体积比容量相当的水平。而硒的电导率(1×10^-3S/m)远高于硫(5×10^-28S/m)，意味着硒作为电极活性材料，将容易获得更高的活性物质利用率、更高的电化学活性和更快的电化学反应速度。同时，锂硒电池体系的“穿梭效应”相对于锂硫电池较弱，也更容易采取措施予以控制。尽管如此，进一步提高其电化学性能仍有必要，且硒在充放电过程中体积膨胀较大、库伦效率低和循环性能差等问题也需要解决。正是由于上述三方面不足，到目前为止关于锂硒电池的研究大多集中在正极材料的改性上。将单质硒或硫与导电性较好的材料复合是一种改善锂硒电池性能可行的方案。一种新型类石墨烯层状过渡族金属碳(氮)化物(MXene)材料，因具有良好的导电性和机械性能，自2011年被发现以来，便被认为是具有很大发展前景的新型储能材料。理论研究发现MXene表面官能团对材料的稳定性和电子性质具有决定性作用，结果表明MXene电子结构具有金属特性，但表面羟基的分布状态将决定其表现出金属特性或半导体特性。其中，成分为Ti₃C₂具有制备简单，物化性质稳定，力学性能优良等特点，被广泛用于储能材料领域。同时，Ti₃C₂纳米片同样具有类石墨烯的二维片层结构，当其作为锂硒电池正极负载硫材料时，难免会发生片层之间堆叠的现象，进而会导致Ti₃C₂纳米片失去原有的分层结构，影响活性物质硒的负载。因此，制备出一种具有三维支撑结构的锂硒电池活性物质负载材料，不仅可以提高负载材料对活性物质的负载率，并且其特殊的三维支撑结构可以防止锂硒电池正极材料在反复的充放电过程中发生塌陷，进而提高锂硒电池的电化学性能。本发明主要以Ti基MXene为基础，提出了一种基于喷雾干燥技术的MXene及其复合材料的制备方法，及其在锂硒电池中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有三维支撑结构活性物质负载材料的锂硒电池正极材料制备方法，以提高锂硒电池的放点比容量和循环稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种锂硒电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制备Ti₃C₂分散液；