CN111613784A - 一种有机无机复合锂硒电池正极材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机无机复合锂硒电池正极材料及其制备方法和应用。该正极材料包括负载硒纳米线的多壁碳纳米管作为基底材料和二苯基三硫醚溶液,其中:硒纳米线以相互缠绕的方式负载在多壁碳纳米管上;二苯基三硫醚溶于锂电池醚类电解液中,继而均匀布设在负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料中。其制备为:将硒纳米线和多壁碳纳米管在极性溶剂中分散均匀,后处理得到负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料,然后向基底材料中滴加二苯基三硫醚溶液即可。该正极材料充电后可产生新的充电产物,从而减少多硒化物和多硫化物在充电过程中的溶解损失,降低穿梭效应,具有更好的循环稳定性和较高的库伦效率,倍率性能好,电化学性能优异。
Description
技术领域:
本发明属于锂硒电池正极材料技术领域,具体涉及一种有机无机复合锂硒电池正极材料及其制备方法和应用。
背景技术:
锂硒电池是近几年开发出的新型锂离子二次电池,具有较大的能量密度1160Wh/kg以及理论体积比容量3255mAh/cm3。2012年,崔屹和Abouimrane等人开始了锂硒电池的研究,研究了Se和SeSx为锂电池正极在不同电解液中的电化学性能及其反应机理。锂硒电池最突出的问题是循环稳定性差,这是由于硒在电池充放电循环中生成多硒化物易溶于电解液从而造成“穿梭效应”,导致活性物质从正极溶解后通过电解质穿梭到负极,造成活性物质的损耗,库伦效率低,严重制约了Li-Se电池的推广和应用。针对这些问题,应用最多的解决方案是将硒与其他材料进行复合,尤其是碳材料应用最为广泛。一些研究者也开发了以金属骨架(MOF)碳材料作为Li-Se电池正极。MOF材料是一种由金属离子与有机结构连接而成并且受金属和有机配体的影响能够控制结构、孔径、体积等特性的具有光明前景的多孔材料。应用较多的是将MOF材料热解获得能够负载硒的介孔碳材料。另有一些方案是在碳材料中添加杂原子。然而,将碳材料与硒复合的方式尚不能达到应用化需求,需要寻求更多的方式进一步提高锂硒电池性能。
近年来,有机化合物正极材料为高能量密度、高容量锂离子电池提供了新的选项。一些高容量的有机多硫化物分子,如二甲基二硫、二苯基三硫、二苯基四硫、可拉伸聚合物。有机电极材料的不同结构带来了与以往不同的氧化还原反应。例如,有机多硫化物可以避免硫在循环过程中形成多硫化锂,从而抑制穿梭效应。但由于它们在液体电解质中的电导率低等问题的存在,导致循环性能差、氧化还原速率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机无机复合锂硒电池正极材料及其制备方法和应用,该正极材料充电后可以产生新的充电产物,从而减少多硒化物和多硫化物在充电过程中的溶解损失,降低穿梭效应,具有更好的循环稳定性和较高的库伦效率,倍率性能好,电化学性能优异。
为了解决上述技术问题,本发明提供以下技术方案:
提供一种有机无机复合锂硒电池正极材料,该正极材料包括负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料和二苯基三硫醚溶液,其中:
负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料中,硒纳米线以相互缠绕的方式负载在多壁碳纳米管上;
二苯基三硫醚溶液,溶剂为锂电池醚类电解液,均匀布设在负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料中。
按上述方案,所述正极材料在充电过程结束后的充电产物为PhSSeSPh、PhSSSeSPh、PhSSeSeSPh和PhSSeSeSeSPh。
按上述方案,多壁碳纳米管和硒纳米线质量比为(4~5):1;所述硒纳米线与所述二苯基三硫醚的摩尔比为(1~4):1;二苯基三硫醚溶液中二苯基三硫醚的的质量浓度为38-153g/L。
按上述方案,硒纳米线直径为80-100nm;多壁碳纳米管直径为8-10nm。
按上述方案,锂电池醚类电解液中,锂盐为LiTFSI(双三氟甲基磺酰亚胺锂)和LiNO3,溶剂为DME(乙二醇二甲醚)和DOL(1,3-二氧戊环)混合溶剂。
按上述方案,DME和DOL的体积比为(0.8~1.2):1,锂盐LiTFSI在混合溶剂里面的摩尔浓度为1.0~1.5mol/L,LiNO3在混合溶剂中的摩尔浓度为0.15~0.25mol/L。
提供一种有机无机复合锂硒电池正极材料的制备方法,将硒纳米线和多壁碳纳米管在极性溶剂中分散均匀,后处理得到负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料,然后向基底材料中滴加溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫醚溶液,即得有机无机复合锂电池正极材料。
按上述方案,极性溶剂为无水乙醇或丙酮和水的混合溶剂。
按上述方案,硒纳米线和多壁碳纳米管在溶剂中分散方式为超声分散,功率为600-800W,工作时间为20-25min。
按上述方案,硒纳米线的制备方法为:将二氧化硒和β-环糊精加入去离子水中搅拌溶解,然后与抗坏血酸溶液混合均匀,常温下反应12~24小时制备得到硒纳米线;其中二氧化硒和β-环糊精的质量比为1:(1~1.5);抗坏血酸和二氧化硒的质量比(1~1.2):1。
按上述方案,溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫醚溶液制备方法为:将二苯基二硫和硫加入到锂电池醚类电解液中,65~70℃加热反应6~8h即得溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫醚溶液。
按上述方案,二苯基二硫和硫摩尔比为1:1。
按上述方案,锂电池醚类电解液制备方法为:将锂盐LiTFSI和LiNO3溶于DME和DOL的混合溶剂中制备得到基础电解液;其中DME和DOL的体积比为(0.8~1.2):1,锂盐LiTFSI在混合溶剂里面的摩尔浓度为1.0~1.5mol/L,LiNO3在混合溶剂中的摩尔浓度为0.15~0.25mol/L。
提供一种锂硒电池,包括电解液、隔膜和锂负极,还包括正极,所述正极为上述的有机无机复合锂硒电池正极材料。
本发明提供一种有机无机复合锂硒电池正极材料,在首次放电过程中,有机无机复合锂硒电池正极材料中的二苯基三硫的S-S键由于良好的动力学和稳定性,可以裂解成PhS·和PhSS·,这些自由基与Li+和e-反应形成PhSLi和PhSSLi。同时,元素硒被锂化形成多硒化锂,如Li2Se8等,接下来多硒化物转化为Li2Se。PhSLi、Li2S、Li2Se是主要的放电产物。接下来,在还原脱锂的充电过程中,Li2Se、Li2S和PhSLi首先去锂化,形成Se·,S·,PhS·自由基并两两组合成对,形成了一些不同于起始材料的新充电产物:PhSSeSPh,PhSSSeSPh,PhSSeSeSPh,PhSSeSeSeSPh,这种新充电产物的形成减少了多硒化物和多硫化物在充电过程中的溶解损失,实现了原子水平的固硒,降低穿梭效应。
本发明的有益效果为:
1.本发明提供的有机无机复合锂硒电池正极材料中,二苯基三硫与硒在充放电过程中形成新的充电产物,减少了多硒化物和多硫化物在充电过程中的溶解损失,实现了原子水平的固硒,减少了活性物质的损耗,降低了穿梭效应;该有机无机复合锂硒电池正极材料电化学性能优异,循环稳定性好,首次放电容量为理论比容量的96.5%,循环250圈后库伦效率仍能达到99%以上,库伦效率高,循环250圈后仍有69.2%的容量保持率,容量保持率高,倍率性能好,具有潜在的应用前景。
2.本发明提供的制备方法,将硒纳米线和多壁碳纳米管进行简单的物理分散,得到负载硒的多壁碳纳米管基底材料,再加入含二苯基三硫醚的锂电池醚类电解液即可得到有机无机复合锂硒电池正极材料,硒纳米线弥补了二苯基三硫导电性差的缺陷;无机硒纳米线和集流体碳纳米管的无粘结剂复合结构可以对充放电产物产生物理限域和吸附作用,二苯基三硫醚和硒可在充放电过程中形成了新的充放电产物,有效的提升锂电池的循环性能;步骤简单,操作方便易于控制,绿色安全,便于工业化生产,具有推广意义。
附图说明
图1为本发明实施例有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)示意图。
图2为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料的TEM图。
图3为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料的XRD图。
图4为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.3C倍率下的充放电循环性能图。
图5为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料作为锂电池正极材料时的氧化还原的路径分析。
图6为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料充电产物PhSSeSPh的质谱图。
图7为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料充电产物PhSSSeSPh的质谱图。
图8为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料充电产物PhSSeSeSPh的质谱图。
图9为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料充电产物PhSSeSeSeSPh的质谱图。
图10为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料充电过程完成后的形貌图。
图11为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料放电过程结束后的形貌图。
图12为锂硒(Li/Se)电池在0.1C倍率下的循环性能图。
图13为锂有机硫(Li/DPTS)电池在0.1C倍率下的循环性能图。
图14为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.1C倍率下的循环性能图。
图15为本发明实施例2制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.3C倍率下的循环性能图。
图16为本发明实施例3制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.3C倍率下的循环性能图。
图17为锂硒电池(Li/Se)和锂有机硫电池(Li/DPTS)在0.1C倍率下电池的循环性能图。
图18为锂硒电池(Li/Se)和锂有机硫电池(Li/DPTS)电池放电容量加和与本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)放电容量的循环性能对比图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种有机无机复合锂硒电池正极材料的制备方法,具体包括以下步骤:
1)硒纳米线的制备:0.25克二氧化硒和0.25克β-环糊精加入50毫升去离子水,搅拌溶解。将0.264克抗坏血酸放入48毫升去离子水中,搅拌溶解。将两种溶液混合搅拌,常温下反应24小时,然后用去离子水和无水乙醇清洗反复三次,真空烘箱干50℃烘干即得硒纳米线,直径为80-100nm。
2)负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料的制备:将96毫克MWCNTs(直径为8-10nm)和24毫克步骤1)得到的硒纳米线加入烧杯中,然后加入350mL无水乙醇。超声30分钟,过滤,无水乙醇洗涤数次。真空条件下35℃干燥24小时。将干燥好的复合材料用切片仪切成面积约1.13cm2圆形小片,直径为12毫米,圆形小片中的担载硒量为0.96-1.18毫克,即得负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料。
3)锂电池醚类电解液制备:电子天平称取287.08g LiTFSI和10.3425g LiNO3溶于500mL DME和500mL DOL的混合溶剂,搅拌溶解(1:1v/v)制备而成。
4)二苯基三硫电解液制备:将二苯基二硫(53.0916mg)和硫(7.7812mg)按照化学摩尔比1:1进行称量,移液器取400微升步骤3)所得锂电池电解液转移到反应玻璃瓶中,作为反应溶剂,在手套箱里70℃平板加热8小时,得到黄色溶液,即得溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫溶液。
5)无机有机复合正极材料的制备:将步骤2)中得到的负载硒的多壁碳纳米管基底材料放入正极壳,用微量移液器移取20微升步骤4)得到的二苯基三硫溶液滴加到基底材料,即得有机无机复合锂硒电池正极材料。
图2为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料的TEM图,图中显示直径约100纳米的是硒纳米线,直径约10纳米的为多壁碳纳米管。
图3为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料的XRD图,图中显示出了硒单质的特征峰,如图所示:在23.51°(100)、29.71°(101)、41.31°(110)、43.61°(102)、45.41°(111)、51.81°(201)、55.71°(112)、61.51°(202)出现的峰信号与Se的特征衍射峰吻合较好,这些衍射峰和Se的标准卡片相对比(JCPDS 06-0362),表明制备了纯净且成相完整的硒线。
组装锂硒纽扣电池,包括常规锂电池电解液、商业化的隔膜、锂负极和本实施例制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料,所得锂硒纽扣电池记为Li/DPTS-Se。
将上述组装成的包括有机无机复合锂硒电池正极材料的锂硒纽扣电池(Li/DPTS-Se)与锂硒(Li/Se)电池和锂有机硫(Li/DPTS)电池一起进行电化学性能测试,进行性能对比。
图1为本发明实施例有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)示意图,图中显示了电池的主要结构,有机二苯基三硫醚(DPTS)/无机硒(Se)有机无机复合锂硒电池正极材料,电解液,隔膜和锂负极材料等。
图4为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.3C倍率下的循环性能图。图中显示:电池首次的放电比容量为451.2mAh/g,充放电循环400圈后的仍有251.8mAh/g的放电比容量,电池的容量保持率为55.9%,每圈的放电比容量衰减率为0.11%,且在400圈后的库伦效率仍能维持在98.7%左右。
图5为本发明实施例1制备得到的有机无机复合材料作为锂电池正极材料充放电时的氧化还原的路径分析。如图所示在首次放电过程中,DPTS中的S-S键由于良好的动力学和稳定性,可以裂解成PhS·和PhSS·,这些自由基与Li+和e-反应形成PhSLi和PhSSLi。同时,元素硒被锂化形成多硒化锂,如Li2Se8等,接下来多硒化物转化为Li2Se。而PhSLi、Li2S、Li2Se是主要的放电产物,放电后形貌如图11所示,从图中可以观察到硒纳米线状的形貌已经完全消失,说明硒在放电后生成放电产物硒化锂而失去初始线状形貌。接下来,在还原脱锂的充电过程中,Li2Se、Li2S和PhSLi首先去锂化,形成Se·,S·,PhS·自由基并两两组合成对,形成了一些不同于起始材料的新充电产物:PhSSeSPh,PhSSSeSPh,PhSSeSeSPh,PhSSeSeSeSPh,这种新充电产物的形成减少了多硒化物和多硫化物在充电过程中的溶解损失,实现了原子水平的固硒。通过液相-质谱联用技术进行新充电产物的提取和检测,具体见图6-9,其中图6为新充电产物PhSSeSPh的质谱图,质荷比为298.973;图7为新充电产物PhSSSeSPh的质谱图,质荷比为330.944;图8为新充电产物PhSSeSeSPh的质谱图,质荷比为378.319;图9为新充电产物PhSSeSeSeSPh的质谱图,质荷比为458.772。充电后形貌如图10所示,正极充电电极片中原始的硒纳米线转化为纳米晶体,呈现类似于片状的形态,牢牢的附着在碳纳米管的结构上。
图12为锂硒(Li/Se)电池在0.1C倍率下的循环性能图。图中显示:电池在0.1C的倍率下,循环200圈后只有127.8mAh/g的放电比容量,远远低于理论硒(678mAh/g)的比容量,说明大量的硒因为生成溶解的多硒化锂而快速损失,从而导致材料的利用率低,电池的循环稳定性差。
图13为锂有机硫(Li/DPTS)电池在0.1C倍率下的循环性能图。图中显示:电池在0.1C的倍率下,首圈的放电比容量为(378.6mAh/g),循环200圈后只有200.1mAh/g的放电比容量,容量保持率为52.9%。
图14为本发明实施例1制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.1C倍率下的循环性能图,图中显示:电池首次的放电比容量为471.2mAh/g,充放电循环250圈后的仍有325.8mAh/g的放电比容量,电池的容量保持率为69.2%,每圈的放电比容量衰减率为0.12%,且在250圈后的库伦效率仍能维持在99%以上。和单独的硒、二苯基三硫醚做正极时的锂硒(Li/Se)电池和锂有机硫(Li/DPTS)电池的循环性能作对比,可以明显的发现DPTS和Se复合杂化后的材料做正极时,电池的容量和保持率的得到明显的提升。
图17为无机锂硒(Li/Se)和有机(Li/DPTS)电池的循环性能图。图中显示了电池在0.3C倍率下的每圈放电容量值。发现硒电池的的容量衰减很快,容量保持率只有22.9%。
图18为锂硒电池(Li/Se)和锂有机硫电池(Li/DPTS)电池放电容量加和(Mix DPTS+Se)与本发明实施例1制备得到的有机无机复合材料作为锂硒电池正极时锂硒电池(Li/DPTS-Se)放电容量(DPTS+Se)的循环性能对比图,图中显示了电池在0.3C倍率下的放电容量。发现Li/Se与Li/DPTS的放电容量相加后为(1.66mAh),明显低于Li/DPTS-Se放电容量(1.88mAh),且在循环250圈后,Li/DPTS-Se的放电容量也高于Li/Se与Li/DPTS两电池容量的加和,大约多出0.387mAh,说明了Li/DPTS-Se具有良好的长循环稳定性,提高了硒正极的利用率,该材料具有商业化的应用价值。
实施例2
一种有机无机复合锂硒电池正极材料的制备方法,具体包括以下步骤:
1)硒纳米线的制备:0.25克二氧化硒和0.25克β-环糊精加入50毫升去离子水,搅拌溶解。将0.264克抗坏血酸放入48毫升去离子水中,搅拌溶解。将两种溶液混合搅拌,常温下反应24小时,然后用去离子水和无水乙醇清洗反复三次,真空烘箱干50℃烘干即得硒纳米线,直径为80-100nm。
2)负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料:将96毫克MWCNTs(直径为8-10nm)和24毫克步骤1)得到的硒纳米线加入烧杯中,然后加入350mL无水乙醇。超声30分钟,过滤,无水乙醇洗涤数次。真空条件下35℃干燥24小时。将干燥好的复合材料切成约1.13cm2圆形小片,直径为12毫米,圆形小片中担载硒量为0.96-1.18毫克,即得负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料。
3)锂电池醚类电解液制备:电子天平称取287.08克LiTFSI和10.3425克LiNO3溶于500mL DME和500mL DOL的混合溶剂,搅拌溶解(1:1v/v)制备而成。
4)二苯基三硫溶液的制备:将二苯基二硫(26.5458mg)和硫(3.8906mg)按照化学摩尔比1:1进行称量,移液器取400微升步骤3)所得基础电解液转移到反应玻璃瓶中,作为反应溶剂,在手套箱里70℃平板加热8小时,得到黄色溶液,即得溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫溶液。
5)无机有机复合正极材料的制备:将步骤2)中得到的负载硒的多壁碳纳米管基底材料放入正极壳,用微量移液器移取20微升步骤4)得到的二苯基三硫溶液滴加到基底材料上,即得有机无机复合锂硒电池正极材料。
图15为本发明实施例2制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.3C倍率下的循环性能图,图中显示:电池首次的放电比容量为519.2mAh/g,充放电循环250圈后的仍有307.2mAh/g的放电比容量,电池的容量保持率为59.4%,且在250圈后的库伦效率仍能维持在99.05%以上。
实施例3
一种有机无机复合锂硒电池正极材料的制备方法,具体包括以下步骤:
1)硒纳米线的制备:0.25克二氧化硒和0.25克β-环糊精加入50毫升去离子水,搅拌溶解。将0.264克抗坏血酸放入48毫升去离子水中,搅拌溶解。将两种溶液混合搅拌,常温下反应24小时,然后用去离子水和无水乙醇清洗反复三次,真空烘箱干50℃烘干即得硒纳米线,直径为80-100nm。
2)负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料:将96毫克MWCNTs(直径为8-10nm)和24毫克步骤1)得到的硒纳米线加入烧杯中,然后加入350mL无水乙醇。超声30分钟,过滤,无水乙醇洗涤数次。真空条件下35℃干燥24小时。将干燥好的复合材料切成约1.13cm2圆形小片,直径为12毫米,圆形小片中担载硒量为1毫克,即得负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料。
3)锂电池醚类电解液制备:电子天平称取287.08克LiTFSI和10.3425克LiNO3溶于500mL DME和500mL DOL的混合溶剂,搅拌溶解(1:1v/v)制备而成。
4)二苯基三硫电解液制备:将二苯基二硫(17.6955mg)和硫(2.5935mg)按照化学摩尔比1:1进行称量,移液器取400微升步骤3)所得锂电池电解液转移到反应玻璃瓶中,作为反应溶剂,在手套箱里70℃平板加热8小时,得到黄色溶液,即得溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫溶液。
5)无机有机复合正极材料的制备:将步骤2)中得到的负载硒的多壁碳纳米管基底材料放入正极壳,用微量移液器移取20微升步骤4)得到的二苯基三硫溶液滴加到基底材料,即得有机无机复合锂硒电池正极材料。
图16为本发明实施例3制备得到的有机无机复合锂硒电池正极材料组装的锂硒电池(Li/DPTS-Se)在0.3C倍率下的循环性能图。图中显示:电池首次的放电比容量为595.2mAh/g,充放电循环250圈后的仍有328.3mAh/g的放电比容量,电池的容量保持率为55.2%,且在250圈后的库伦效率仍能维持在99.78%以上,接近100%。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例,而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有机无机复合锂硒电池正极材料,其特征在于,所述正极材料包括负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料和二苯基三硫醚溶液,其中:
所述负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料中,硒纳米线以相互缠绕的方式负载在多壁碳纳米管上;
所述二苯基三硫醚溶液,溶剂为锂电池醚类电解液,均匀布设在所述负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料中。
2.根据权利要求1所述的有机无机复合锂硒电池正极材料,其特征在于,所述正极材料在充电过程结束后的充电产物为PhSSeSPh、PhSSSeSPh、PhSSeSeSPh和PhSSeSeSeSPh。
3.根据权利要求1所述的有机无机复合锂硒电池正极材料,其特征在于,所述多壁碳纳米管和所述硒纳米线质量比为(4~5):1;所述硒纳米线与所述二苯基三硫醚的摩尔比为(1~4):1;所述二苯基三硫醚溶液中二苯基三硫醚的质量浓度为38-153g/L。
4.根据权利要求1所述的有机无机复合锂硒电池正极材料,其特征在于,所述硒纳米线直径为80-100nm;所述多壁碳纳米管直径为8-10nm。
5.根据权利要求1所述的有机无机复合锂硒电池正极材料,其特征在于,所述锂电池醚类电解液中,锂盐为LiTFSI和LiNO3,溶剂为DME和DOL混合溶剂。
6.一种权利要求1-5任一项所述的有机无机复合锂硒电池正极材料的制备方法,其特征在于,将硒纳米线和多壁碳纳米管在极性溶剂中分散均匀,后处理得到负载硒纳米线的多壁碳纳米管基底材料,然后向基底材料中滴加溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫醚溶液,即得有机无机复合锂电池正极材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫醚溶液制备方法为:将二苯基二硫和硫加入到锂电池醚类电解液中,65~70℃加热反应6~8h即得溶剂为锂电池醚类电解液的二苯基三硫醚溶液,其中所述二苯基二硫和所述硫摩尔比为1:1。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述硒纳米线的制备方法为:将二氧化硒和β-环糊精加入去离子水中搅拌溶解,然后与抗坏血酸溶液混合均匀,常温下反应12~24小时制备得到硒纳米线;其中二氧化硒和β-环糊精的质量比为1:(1~1.5),抗坏血酸和二氧化硒的质量比为(1~1.2):1。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述锂电池醚类电解液制备方法为:将锂盐LiTFSI和LiNO3溶于DME和DOL的混合溶剂中制备得到基础电解液;其中DME和DOL的体积比为(0.8~1.2):1,锂盐LiTFSI在混合溶剂里面的摩尔浓度为1.0~1.5mol/L,LiNO3在混合溶剂中的摩尔浓度为0.15~0.25mol/L。
10.一种锂硒电池,包括电解液、隔膜和锂负极,其特征在于,还包括正极,所述正极为权利要求1-5任一项所述的有机无机复合锂硒电池正极材料。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112909257A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-04 | 陕西科技大学 | 一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料及其应用 |
CN114678579A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-06-28 | 郑州大学 | 一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池 |
CN115084290A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-20 | 中国科学院化学研究所 | 一种多晶硒薄膜及其制备方法和一种太阳能电池 |
CN116864654A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-10-10 | 广东工业大学 | 一种用于水系锌电池的介孔碳限域醚类有机正极活性材料及其制备方法和应用 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104733677A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-24 | 中国科学院化学研究所 | 锂-硒电池及其制备技术 |
CN104953093A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-09-30 | 中南大学 | 一种锂硒电池柔性正极的制备方法 |
CN109346684A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-15 | 中南大学 | 一种碳纳米管限域硒复合正极材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-05-22 CN CN202010442264.8A patent/CN111613784A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104733677A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-24 | 中国科学院化学研究所 | 锂-硒电池及其制备技术 |
CN104953093A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-09-30 | 中南大学 | 一种锂硒电池柔性正极的制备方法 |
CN109346684A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-15 | 中南大学 | 一种碳纳米管限域硒复合正极材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JIAWEI ZHAO等: "An Organic-Inorganic Hybrid Cathode Based on S-Se Dynamic Covalent Bonds", 《ANGEWANDTE CHEMIE》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112909257A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-04 | 陕西科技大学 | 一种电磁感应加热法制备FeNi合金催化生长的碳纳米管材料及其应用 |
CN114678579A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-06-28 | 郑州大学 | 一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池 |
CN114678579B (zh) * | 2022-03-10 | 2023-05-05 | 郑州大学 | 一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池 |
CN115084290A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-20 | 中国科学院化学研究所 | 一种多晶硒薄膜及其制备方法和一种太阳能电池 |
CN115084290B (zh) * | 2022-07-06 | 2023-07-25 | 中国科学院化学研究所 | 一种多晶硒薄膜及其制备方法和一种太阳能电池 |
CN116864654A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-10-10 | 广东工业大学 | 一种用于水系锌电池的介孔碳限域醚类有机正极活性材料及其制备方法和应用 |
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