[发明专利]一种NiCoSe/碳布/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种NiCoSe/碳布/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法。本发明采用原位生长和热处理的方法合成了具有蜂窝状的CoNiSe/碳布的复合材料，载硫后用于锂硫电池正极。本发明所述正极材料以碳纤维布作为三维碳材料导电网络，所述碳纤维布上复合NiCoSe形成NiCoSe/碳布复合材料，单质硫负载在所述NiCoSe/碳布复合材料上，所述NiCoSe为具有蜂窝状结构的钴镍双金属硒化物。本发明制备的电极材料相比于传统柔性电极材料拥有了更加优异的导电性、稳定性，通过对碳布复合双过渡金属硒化物，提高了碳布对多硫化物的吸附作用，抑制了“穿梭效应”，使得电池的循环稳定性和电化学性能得到了较大的提升。

技术领域

本发明属于锂硫电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种NiCoSe/碳布/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池是以硫作为活性物质，具有较高的理论比容量和能量密度，硫在地球上的储量丰富，价格低，能够降低电池的成本，因此开发锂硫电池具有很大的应用前景。即使锂硫电池具有较多的优势，但其面临的问题仍然制约着其大规模开发和商业化应用。硫的宿主材料多以碳材料为主，如以碳纳米管、石墨烯和多孔碳等材料为基体材料来负载硫单质。单质硫在充放电过程中发生结构的变化，会使电极发生体积膨胀，影响锂硫电池容量及电化学性能。为解决锂硫电池面临的硫导电性差，可溶性多硫化物的穿梭效应，电化学反应过程中体积膨胀等问题，许多科研工作者将硫和诸多碳材料进行复合，制得硫碳电极，增强了整体的导电性和稳定性，如碳纳米管、碳球、石墨烯、碳纤维布等都表现出了较好的电化学性能利用碳材料直接构建导电网络，可以缓解单质硫自身导电性较差的情况，从而提高材料导电性。

现有技术中对于锂硫电池的研究仍面临很多问题，S和Li₂S的离子导电性和电子导电性较差，使得硫的转化动力学缓慢，反应速率较差，进而对活性材料的利用率进一步降低；硫转化反应产生的高阶多硫化物溶于醚基电解质，而且溶解的多硫化物会在浓度梯度的驱动下倾向于向阳极扩散，由于锂金属阳极具有强还原性会把扩散的多硫化物直接还原成不溶的Li₂S和Li₂S₂颗粒。这些颗粒附着在金属锂表面会导致容量降低和库仑效率降低。同时，溶解的多硫化物会增加电解液粘度，从而减缓锂离子的传输；硫的转化反应伴随着较大的体积变化。结构变化会导致电极材料有较大的体积膨胀，反复的体积变化会破坏其自身的性能和结构，降低了电极材料的稳定性，使电极的容量迅速减少。

传统的碳材料只能通过控制其微观结构来解决对多硫化物吸附性较差的问题，具有单一性，其效果不佳，电化学性能仍需要提高。极性材料对多硫化物具有较好的化学吸附，同时能够对多硫化物的转化起到催化的作用，因此有机的结合极性和非极性材料，能够显著提高电极材料的电化学性能。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种NiCoSe/碳布/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种NiCoSe/碳布/S复合锂硫电池正极材料，该正极材料是以碳纤维布作为三维碳材料导电网络，复合具有蜂窝状结构的钴镍双金属硒化物（NiCoSe），单质硫负载在复合材料上。在此结构的基础上，柔性碳纤维布既可实现高效的离子和电子的传输，又对多硫化物具有一定的物理吸附能力，此外在碳纤维布上复合具有蜂窝状极性NiCoSe双金属硒化物，既可以提高对多硫化物的化学吸附，又能充当硫单质氧化还原反应的催化剂，加快电化学反应动力学过程，从而提高了锂硫电池的电化学性能。

本发明采用原位生长和热处理的方法合成了具有蜂窝状的CoNiSe/碳布的复合材料，载硫后用于锂硫电池正极。本发明制备的电极材料相比于传统柔性电极材料拥有了更加优异的导电性、稳定性，通过对碳布复合双过渡金属硒化物，提高了碳布对多硫化物的吸附作用，抑制了“穿梭效应”，使得电池的循环稳定性和电化学性能得到了较大的提升。