CN112038599B - 一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池 - Google Patents

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Abstract

本申请属于电池的技术领域，尤其涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池。本申请提供了锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料是由钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与硫复合形成的锂硫电池正极材料；其中，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料是由钴掺杂二硒化钼在MXene材料表面原位垂直生长而形成的异质结纳米片。本申请提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池，能有效解决现有锂硫电池存在的穿梭效应、体积膨胀严重、导电性、循环稳定性和安全性能较差的技术问题。

Description

一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池
技术领域
本申请属于电池的技术领域，尤其涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池。
背景技术
元素硫正极和锂金属负极之间的多电子反应提供2600W·h/kg的理论能量密度，远高于传统锂离子电池。除此之外，硫还具有其他一些有价值的特征，如成本效率，在自然环境中储量丰富和环境友好型，这些竞争优势使得Li-S成为最有希望被大规模应用的电池之一。
但是，锂硫电池目前还处于研究阶段，在大规模的使用上还存在一些问题，(1)多硫化物的穿梭效应，当多硫化锂溶解于有机电解液时，在电池正负极产生浓度差从而导致多硫化锂在正负极之间产生穿梭效应。由于穿梭效应导致电子绝缘的低硫化锂(Li2S/Li2S2)在负极锂表面生成，降低了离子传导能力、损失大量活性物质，从而导致电池容量下降，寿命缩短；(2)单质硫为电子和离子绝缘体，作为电极材料其活性物质利用率较低，导致硫电极的实际比容量降低；(3)充放电过程中，单质硫与硫化物的转换会使正极体积发生变化，使电池容量衰减，甚至破坏电池结构。这些问题导致电池容量衰减、循环性能变差甚至还可能出现安全问题，限制其商业化应用。
因此，现有技术中锂硫电池穿梭效应、体积膨胀严重、导电性、循环稳定性和安全性能较差成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
申请内容
有鉴于此，本申请提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池，能有效解决现有锂硫电池存在的穿梭效应、体积膨胀严重、导电性、循环稳定性和安全性能较差的技术问题。
本申请第一方面提供了锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料是由钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与硫复合形成的锂硫电池正极材料；
其中，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料是由钴掺杂二硒化钼在MXene材料表面原位垂直生长而形成的异质结纳米片。
具体的，所述钴掺杂二硒化钼是钴掺杂到二硒化钼的表面、晶格或取代掺杂，优选为钴掺杂替代钼原子位置的取代掺杂。
本申请中，MXene基底为现有的MXene二维片层材料，MXene具有较高比表面、大量的活性位点，同时在刻蚀时引入了F-、OH-及O2-等官能团，这些官能团带负电可以吸引带正电的Mo4+与Co2+离子(MoO4 2-与CoO4 5-在强还原剂条件下被还原为Mo4+与Co2+)，在一定的压强与温度条件下，使得钴掺杂二硒化钼原位生长在MXene表面。钴掺杂二硒化钼呈现花瓣状的纳米片，钴掺杂二硒化钼在MXene表面上呈二维方向生长，花瓣状纳米片的钴掺杂二硒化钼交叉生长没有发生团聚，颗粒尺寸均一，因此，本申请能够制备出原位生长的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料。另外，钴掺杂到二硒化钼中，由于钴的价态低于+4价，掺杂之后导致二硒化钼有空穴对的存在，钼周围的电子态密度增加，导致二硒化钼的电子电导性有较大地提升。钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料对多硫化物有很强的物理化学吸附及催化转化作用，在充电过程中，使得多硫化锂(Li2S8，Li2S6和Li2S4)快速地转换为低硫化锂(Li2S及Li2S2)，这种超快的催化转化动力学使得多硫化物的“穿梭效应”明显减弱，从而使得硫得到高效的利用。这其中主要是通过钼原子与多硫化锂中的S元素结合，掺杂的钴原子与多硫化锂中的S元素结合，而Li+能够很好地与钴掺杂二硒化钼中的Se2-结合。因此，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料可以起到很好的固硫作用，避免多硫化物溶于电解液中，从而抑制“穿梭效应”。
本申请采用的MXene二维层状纳米结构的材料，具有较大的比表面积，较高的吉布斯自由能。同时，钴掺杂二硒化钼具有更高的表面重构，表面能更大，从而使得钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料表面具有很高的自由能。在充电过程中，这些较高地表面自由能使得沉积在这上面的低硫化锂能够快速地转换为S8，从而加快充放电过程中的反应动力学，提高其充放电过程中硫正极的克容量、面容量及体积容量。另外，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结材料具有独特的柔韧性和良好的导电性能够缓冲正极材料的体积变化以及极大地提升电极材料的导电性，并且保持良好导电骨架和活性物质的电极结构，提高容量稳定性和电池的使用寿命，从而大大地提升了锂硫电池的电化学性能。
作为优选，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为5～500nm，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的厚度为1～10nm。
作为优选，所述锂硫电池电极材料中硫的载量为1～10mg，所述锂硫电池电极材料厚度为10～20μm。
作为优选，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为10-500nm，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的厚度为1～50nm。优选为片径为200nm，厚度为2nm。
本申请第二方面提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将MXene纳米片悬浮液、钴盐、钼盐、硒源及强还原剂混合，进行原位生长，得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料；
步骤二、将所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料与单质硫混合研磨，得到混合物；
步骤三、将所述混合物进行真空熔融扩散反应，得到具有异质结纳米片结构的锂硫电池正极材料。
作为优选，步骤一中，所述钴原子与所述钼原子的摩尔比为1：(4～20)。
更优选的，所述钴原子与所述钼原子的摩尔比为1：9。
作为优选，步骤二中，所述混合物中所述单质硫的含量为70～90wt％。
作为优选，所述MXene纳米片悬浮液选自Ti3C2、V2C、Nb2C或Mo2C；
所述钴盐包括C4H6CoO4·4H2O或/和Co(NO3)2·6H2O；
所述钼盐包括NaMoO4.2H2O、NaMoO4.4H2O和(NH4)2Mo2O7中的一种或多种；
所述硒源包括硒粉或/和二氧化硒；
所述强还原剂包括硼氢化钠或/和水合肼。
更优选的，所述MXene纳米片悬浮液为Ti3C2；所述钴盐包括C4H6CoO4·4H2O；所述钼盐包括NaMoO4.2H2O；所述硒源包括硒粉；所述强还原剂包括硼氢化钠。
作为优选，所述MXene纳米片悬浮液的纳米片层数为1、2、3、4或5层，更优选的，所述MXene纳米片悬浮液的纳米片层数为1。
作为优选，步骤一中，所述原位生长包括溶剂热法或水热法。更优选的，所述原位生长为水热法。
作为优选，所述溶剂热法的温度为180～260℃；所述溶剂热法的时间为18～24h；所述水热法的温度为200～280℃；所述水热法的时间为22～28h。
本申请第三方面提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池的负极为锂片，所述锂硫电池的正极包括所述锂硫电池正极材料。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
1、钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料相比于普通的复合材料，结合得更加牢固，分散的更加均匀，钴掺杂二硒化钼与MXene是通过共价键结合，具体地结合方式MXene表面的O2 -离子官能团与钴掺杂之中的钼或钴结合，形成Ti-O-Mo、或Ti-O-Co结构，因此本申请的异质结结构相对传统的复合材料具有更大的比表面积，更高的表面自由能，其结构也更加稳定。
2、钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与硫结合，能够起到很好的物理化学及催化多硫化锂的作用。本申请通过钼原子与多硫化锂中的S元素结合，掺杂的钴原子与多硫化锂中的S元素结合，而Li+能够很好地与Se2 -结合，本申请通过化学键结合的吸附能够起到很好地固硫作用，从而在根本上抑制“穿梭效应”，提高硫正极的利用率。
同时，本申请的锂硫电池正极材料呈异质结结构，该异质结结构作为宿主材料，是一个很好的导电基材，可以有效地解决单质硫及低硫化物不导电的问题，从而实现离子与电子在充放电过程中的快速传输。另外，这种较大的比表面积能够很好地解决硫的体积膨胀问题，结合更加稳定的异质结和活性物质的电极结构得到较为完善的保存，从而提高硫正极容量稳定性和使用寿命，提升了锂硫电池的电化学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例1中钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的扫描电镜图；
图2为本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的XPS全谱图；
图3为本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的XRD图；
图4为本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料对多硫化锂的吸附视觉图；
图5为本申请实施例提供的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池的首圈及第100圈的充放电曲线图；
图6为本申请实施例提供的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池的100圈循环曲线图。
具体实施方式
本申请提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法，用于解决现有锂硫电池存在的穿梭效应、体积膨胀严重、导电性、循环稳定性和安全性能较差的技术缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下实施例所用原料均为市售或自制。
实施例1
本申请实施例1提供了第一种锂硫电池正极材料，其具体制备方法如下：
1、制备钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料：
1.1、将MAXene前驱体(Ti3AlC2)在氟化锂与9mol/L的盐酸混合溶液中在36.5℃条件下刻蚀24h而得MXene(Ti3C2)悬浮液；
1.2、将硒粉与强还原剂硼氢化钠溶于烧杯中的去离子水，反应生成硒盐前驱体；将硒盐前驱体与NaMoO4·2H2O、C4H6CoO4·4H2O溶液混合搅拌，硒元素：钼元素：钴元素的摩尔比为2.05：0.9：0.1，其中，由于硒在反应过程中有损失，添加时需过量添加的硒粉，搅拌均匀后加入MXene悬浮液进行水热反应，反应时长为24h，反应温度为220℃，将反应完成的材料用20％的NaOH溶液洗涤以除去没反应掉的硒粉，然后多次用酒精与去离子水交替洗涤与离心至溶液呈中性，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，从而得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为200nm，厚度为2nm。
2、制备锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)：将钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与升华硫混合研磨，得到混合物，使混合物中硫含量达到70％，将混合物装入密封管，温度控制在155℃，保温时间控制在10h，抽去管内空气，使单质硫均匀的融熔在钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料里，最终得到锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)。
3、将锂硫电池正极材料按照现有常规方法制成硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池。
4、将上述所制得的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料和硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池进行性能测试。结果如图1至图6所示。
图2为本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的XPS全谱图，从XPS全谱图中可以看出，碳、钛、硒、钼、钴元素均存在样品中，从表1中原子的含量比可以看出，硒元素、钼元素、钴元素的原子比例接近于2：0.9：0.1，这证明成功合成了钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料。
表1 MoSe2/MXene中各元素的原子含量
Figure BDA0002655700100000061
Figure BDA0002655700100000071
图3为本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的XRD图，由图3可知，所得样品钴掺杂二硒化钼/MXene异质结与二硒化钼中的(002)、(100)、(103)与(110)晶面相对应，同时2θ＝7.3°左右出现一个很强的峰对应于MXene的(002)晶面，因此，从XRD中证明成功合成了钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料。
图4为本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料对多硫化锂的吸附视觉图，由图4可见，左边瓶子为呈黄色的Li2S6，右边瓶子为钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料吸附Li2S6后的液体，本申请实施例提供的钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料对Li2S6有很强的吸附作用，可以看到呈黄色的Li2S6被钴掺杂二硒化钼/MXene异质结材料吸附后，颜色接近于无色。
图5为本申请实施例提供的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池的首圈及第100圈的充放电曲线图，由图5可知，硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的首放质量比容量能够达到1300mAh/g左右，一百圈之后其放电质量比容量大约在800mAh/g。证明在循环过程中硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料有一个较高的比容量。
图6为本申请实施例提供的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池的100圈的循环曲线图，由图6可知，硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料循环100圈之后的质量比容量大概保持在800mAh/g，在0.5C的放电倍率下，每圈容量损失在0.38％左右。
实施例2
本申请实施例提供了第二种锂硫电池正极材料，其具体制备方法如下：
1、制备钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料：
1.1、将MAXene前驱体(Ti3AlC2)在氟化锂与9mol/L的盐酸混合溶液中在36.5℃条件下刻蚀24h而得MXene(Ti3C2)悬浮液；
1.2、将硒粉与强还原剂硼氢化钠溶于烧杯中的去离子水，反应生成硒盐前驱体；将硒盐前驱体与NaMoO4·2H2O、C4H6CoO4·4H2O溶液混合搅拌，硒元素：钼元素：钴元素的摩尔比为2.05：0.8：0.2，其中，由于硒在反应过程中有损失，添加时需过量添加的硒粉，搅拌均匀后加入MXene悬浮液进行水热反应，反应时长为24h，反应温度为220℃，将反应完成的材料用20％的NaOH溶液洗涤以除去没反应掉的硒粉，然后多次用酒精与去离子水交替洗涤与离心至溶液呈中性，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，从而得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为250nm，厚度为2.5nm。
2、制备锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)：将钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与升华硫混合研磨，得到混合物，使混合物中硫含量达到80％，将混合物装入密封管，温度控制在155℃，保温时间控制在10h，抽去管内空气，使单质硫均匀的融熔在钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料里，最终得到锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)。
3、将锂硫电池正极材料按照现有常规方法制成硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池。
4、将上述所制得的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池进行性能测试。首放质量比容量能够达到1150mAh/g左右，一百圈之后其放电质量比容量大约在600mAh/g。
实施例3
本申请实施例提供了第三种锂硫电池正极材料，其具体制备方法如下：
1、制备钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料：
1.1、将MAXene前驱体(Ti3AlC2)在氟化锂与9mol/L的盐酸混合溶液中在36.5℃条件下刻蚀24h而得MXene(Ti3C2)悬浮液；
1.2、将硒粉与强还原剂硼氢化钠溶于烧杯中的去离子水，反应生成硒盐前驱体；将硒盐前驱体与NaMoO4·2H2O、C4H6CoO4·4H2O溶液混合搅拌，硒元素：钼元素：钴元素的摩尔比为2.05：0.95：0.05，其中，由于硒在反应过程中有损失，添加时需过量添加的硒粉，搅拌均匀后加入MXene悬浮液进行水热反应，反应时长为24h，反应温度为220℃，将反应完成的材料用20％的NaOH溶液洗涤以除去没反应掉的硒粉，然后多次用酒精与去离子水交替洗涤与离心至溶液呈中性，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，从而得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为200nm，厚度为3nm。
2、制备锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)：将钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与升华硫混合研磨，得到混合物，使混合物中硫含量达到80％，将混合物装入密封管，温度控制在155℃，保温时间控制在10h，抽去管内空气，使单质硫均匀的融熔在钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料里，最终得到锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)。
3、将锂硫电池正极材料按照现有常规方法制成硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池。
4、将上述所制得的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池进行性能测试。首放质量比容量能够达到1200mAh/g左右，一百圈之后其放电质量比容量大约在700mAh/g。
实施例4
本申请实施例提供了第四种锂硫电池正极材料，其具体制备方法如下：
1、制备钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料：
1.1、将MAXene前驱体(Ti3AlC2)在氟化锂与9mol/L的盐酸混合溶液中在36.5℃条件下刻蚀24h而得MXene(Ti3C2)悬浮液；
1.2、将硒粉与强还原剂硼氢化钠溶于烧杯中的去离子水，反应生成硒盐前驱体；将硒盐前驱体与NaMoO4·2H2O、C4H6CoO4·4H2O溶液混合搅拌，硒元素：钼元素：钴元素的摩尔比为2.05：0.85：0.15，其中，由于硒在反应过程中有损失，添加时需过量添加的硒粉，搅拌均匀后加入MXene悬浮液进行水热反应，反应时长为24h，反应温度为220℃，将反应完成的材料用20％的NaOH溶液洗涤以除去没反应掉的硒粉，然后多次用酒精与去离子水交替洗涤与离心至溶液呈中性，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，从而得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为300nm，厚度为2.5nm。
2、制备锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)：将钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与升华硫混合研磨，得到混合物，使混合物中硫含量达到80％，将混合物装入密封管，温度控制在155℃，保温时间控制在10h，抽去管内空气，使单质硫均匀的融熔在钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料里，最终得到锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)。
3、将锂硫电池正极材料按照现有常规方法制成硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池。
4、将上述所制得的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池进行性能测试。首放质量比容量能够达到1250mAh/g左右，一百圈之后其放电质量比容量大约在720mAh/g。
实施例5
本申请实施例提供了第五种锂硫电池正极材料，其具体制备方法如下：
1、制备钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料：
1.1、将MAXene前驱体(Ti3AlC2)在氟化锂与9mol/L的盐酸混合溶液中在36.5℃条件下刻蚀24h而得MXene(Ti3C2)悬浮液；
1.2、将硒粉与强还原剂硼氢化钠溶于烧杯中的去离子水，反应生成硒盐前驱体；将硒盐前驱体与NaMoO4·2H2O、C4H6CoO4·4H2O溶液混合搅拌，硒元素：钼元素：钴元素的摩尔比为2.05：0.88：0.12，其中，由于硒在反应过程中有损失，添加时需过量添加的硒粉，搅拌均匀后加入MXene悬浮液进行水热反应，反应时长为24h，反应温度为220℃，将反应完成的材料用20％的NaOH溶液洗涤以除去没反应掉的硒粉，然后多次用酒精与去离子水交替洗涤与离心至溶液呈中性，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，从而得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料，钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为350nm，厚度为2.5nm。
2、制备锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)：将钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与升华硫混合研磨，得到混合物，使混合物中硫含量达到80％，将混合物装入密封管，温度控制在155℃，保温时间控制在10h，抽去管内空气，使单质硫均匀的融熔在钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料里，最终得到锂硫电池正极材料(硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料)。
3、将锂硫电池正极材料按照现有常规方法制成硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池。
4、将上述所制得的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池进行性能测试。首放质量比容量能够达到1280mAh/g左右，一百圈之后其放电质量比容量大约在760mAh/g。
从上述实施例可知，本申请发现将二硒化钼原位生长在MXene表面，从而形成二硒化钼/MXene纳米片异质结纳米材料，进一步钴原子掺杂到二硒化钼/MXene异质结中的二硒化钼晶格中，成功取代了部分钼原子的位置，从而形成钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料，同时，钴的掺杂能够使得二硒化钼的导电性提升。将钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料作为硫正极宿主材料，在放电过程中，能有效减少中放电产物的溶解，通过催化多硫化锂快速转换为不溶于电解液的低硫化锂，从而抑制多硫离子“穿梭效应”。在充电过程中，由于钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料表面具有较大的表面自由能及丰富的官能团，能够加快低硫化锂向S8转换。使得由该宿主材料与硫组装成的硫/钴掺杂二硒化钼/MXene异质结锂硫电池在充放电过程中具有优异的比容量和循环性能。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，所述锂硫电池正极材料是由钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料与硫复合形成的锂硫电池正极材料；
其中，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料是由钴掺杂二硒化钼在MXene材料表面原位垂直生长而形成的异质结纳米片；
其中，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料为钴掺杂替代钼原子位置的取代掺杂；
所述锂硫电池正极材料，包括如下步骤：
步骤一、将MXene纳米片悬浮液、钴盐、钼盐、硒源及强还原剂混合，进行原位生长，得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料；所述原位生长包括溶剂热法或水热法；所述溶剂热法的温度为180～260℃；所述溶剂热法的时间为18～24h；所述水热法的温度为200～280℃；所述水热法的时间为22～28h；
步骤二、将所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料与单质硫混合研磨，得到混合物；
步骤三、将所述混合物进行真空熔融扩散反应，得到具有异质结纳米片结构的锂硫电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的片径为5～500nm，所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结结构材料的厚度为1～10nm。
3.一种权利要求1或2所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将MXene纳米片悬浮液、钴盐、钼盐、硒源及强还原剂混合，进行原位生长，得到钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料；所述原位生长包括溶剂热法或水热法；所述溶剂热法的温度为180～260℃；所述溶剂热法的时间为18～24h；所述水热法的温度为200～280℃；所述水热法的时间为22～28h；
步骤二、将所述钴掺杂二硒化钼/MXene异质结纳米片材料与单质硫混合研磨，得到混合物；
步骤三、将所述混合物进行真空熔融扩散反应，得到具有异质结纳米片结构的锂硫电池正极材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，钴原子与钼原子的摩尔比为1：(4～20)。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述混合物中所述单质硫的含量为70～90wt％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片悬浮液选自Ti3C2、V2C、Nb2C或Mo2C；
所述钴盐包括C4H6CoO4·4H2O或/和Co(NO3)2·6H2O；
所述钼盐包括NaMoO4.2H2O、NaMoO4.4H2O和(NH4)2Mo2O7中的一种或多种；
所述硒源包括硒粉或/和二氧化硒；
所述强还原剂包括硼氢化钠或/和水合肼。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片悬浮液的纳米片层数为1、2、3、4或5层。
8.一种锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池的负极为锂片，所述锂硫电池的正极包括权利要求1或2所述的锂硫电池正极材料或权利要求3至7任意一项所述的制备方法制得的锂硫电池正极材料。
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