[发明专利]一种锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法包括：S1：将碳纳米管、甲醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合物超声分散，随后加入钴源、锌源，搅拌，制得第一混合液；S2：将2‑甲基咪唑、甲醇和十六烷基三甲基溴化铵制成第二混合液；S3：将第一混合液与第二混合液混合搅拌后室温静置，经洗涤、干燥，制得前驱体；S4：将前驱体与硒粉混合后煅烧，制得纳米复合材料；S5：将纳米复合材料与单质硫混合、研磨、热处理，制得锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料，该复合材料能够提供大量的活性位点并有效锚定多硫化锂，促进了可溶性多硫化锂的转化，改善了Lisubgt;2/subgt;S的沉积动力学并提高了硫的利用率。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其是涉及一种锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着手机、电动汽车等电子设备在日常生活中的应用越来越广泛，储能电池正成为最具发展潜力的新势力。迄今为止，以层状含锂过渡金属氧化物为正极、石墨为负极的锂离子电池(LIBs)是最成功、应用最广泛的储能技术。虽然LIBs的能量密度已经提升到300Wh/kg左右，但层状含锂过渡金属氧化物正极的极限理论容量阻碍了LIBs的进一步发展，无法达到更高的续航能力，不能用于大规模的储能技术，而且本身也具有一定的安全隐患。因此，急需开发新的安全可靠、续航更足的可应用的电池体系。

锂硫(Li-S)电池因具有高理论能量密度和低成本等优势，成为下一代最具潜力的锂二次电池之一，也成为最有前景替代传统锂离子电池的研究对象。封闭的Li-S系统与LIBs类似，在电池制造方面，使用硫来替代钴、锰、镍等稀有金属，从LIB到Li-S电池的转换更简单有效，在未来商业化生产设备上的改装也更加便捷，从而有利于降低运营成本。锂硫电池具有高的能量密度(2600Wh/kg)和高的理论比容量(1675mAh/g)，同时单质硫对环境友好，在自然界中含量丰富，故而锂硫电池成为最具研究潜力的未来储能电池。然而，以下两个主要问题阻碍了锂硫电池的商业化应用，一是在放电过程中形成多硫化锂的穿梭效应导致容量快速衰减，库仑效率降低；二是S和Li₂S放电产物的导电率极低，造成其反应动力学缓慢。

为此，研究人员做了大量的工作来解决这些问题，包括引入了对多硫化锂具有吸附和/或催化性能的极性无机元素，如过渡金属氧化物、金属硫化物和金属氮化物。虽然它们与多硫化锂之间强烈的化学相互作用，在某些方面极大地提高了锂硫电池的性能，但它们较差的导电性会阻碍其与无机物之间的界面电子转移，限制吸附的多硫化锂的氧化还原转化。在循环过程中，溶解的多硫化锂在正负极两侧的集流体上持续积累，导致溶解吸附的多硫化锂中的Li⁺转移缓慢，氧化还原反应缓慢。由于多硫化锂的氧化还原反应缓慢，导致其随后还原为不溶性放电产物Li₂S/Li₂S₂也受到阻碍，导致容量逐渐损失。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，该锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料具有高的比表面，能够提供大量的活性位点，催化特性有效地锚定多硫化锂，促进了可溶性多硫化锂的转化，改善了Li₂S的沉积动力学并提高硫的利用率。

本发明提供一种锌钴双金属硒化物碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将碳纳米管、甲醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合物超声分散，随后加入钴源、锌源，搅拌，制得第一混合液；

S2：将2-甲基咪唑、甲醇和十六烷基三甲基溴化铵制成第二混合液；

S3：将第一混合液与第二混合液混合搅拌后室温静置，经洗涤、干燥，制得前驱体；

S4：将前驱体与硒粉混合后煅烧，制得纳米复合材料；