[发明专利]Li-Se电池及锂电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源存储领域，具体涉及Li-Se电池及锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着通讯、电子设备、电动汽车和空间技术等方面迅速发展，对电池的性能提出了越来越高的要求。发展具有高比电容量、低成本和环境友好的新型锂离子电池具有非常重要的意义。众所周知，对实现安全有效的电化学能量存储而言，新型电极材料的开发与应用是十分重要的。在锂电池体系中，正极材料的发展一直制约着锂电池前进的步伐。锂电池一般包括包括正极、负极、隔膜和电解液四部分，传统的正极材料如钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂等由于其理论电容量比较低，很难满足锂电池对高比电容量的要求。因此，新的能量密度高、循环寿命长、低成本的正极材料的开发十分重要。近些年来，Li-S电池因为具有高的理论电容量(1672mAh/g)，受到了极大地关注。但因为硫的离子导电性和电子导电性都很低，导致电极中硫的电化学性能和利用率低等问题，这就限制了单质硫在锂电池中的使用。因此，寻求一种离子导电性和电子导电性都很高的，并且能量密度高的正极材料对锂电池的实际应用仍然迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Li-Se电池，解决现有锂离子电池正极材料电容量低、合成复杂、价格昂贵、循环性不理想和电学稳定性不好的问题。

本发明的第二目的在于提供一种锂电池正极材料的制备方法，采用热蒸发的方法在衬底上均匀生长单质硒，这种直接生长在导电衬底上的结构不需要添加粘结剂，有效的增加活性物质与集电极之间的电子传输，有效提高锂电池的性能。

Li-Se电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极材料采用单质硒。

所述单质硒为多孔状单质硒微米球、硒纳米线和硒纳米带中的任意一种。

一种锂电池正极材料的制备方法，具体为：将硒粉置于通有保护气体的加热装置中，启动加热装置加热，硒粉受热蒸发，保温至硒粉完全蒸发，自然冷却，硒蒸气沉积于预先放入加热装置中的衬底上生长成孔状单质硒微米球。所述保温温度为400-800℃，保温时间为30-60min。所述衬底为碳布、铜箔、泡沫镍或铝箔中的任意一种。

一种锂电池正极材料的制备方法，具体为：将硒粉和镀有催化剂的衬底放入加热装置，通入保护气体，启动加热装置加热，硒粉受热蒸发，保温至硒粉完全蒸发，自然冷却，硒蒸气沉积于衬底上，并在催化剂的作用下生长成硒纳米线或硒纳米带。所述保温温度为250-400℃或400-600℃，保温时间为30-60min。所述催化剂为金颗粒。

本发明具有如下有益效果：

a.针对目前锂离子正极材料比容量低、价格昂贵等缺点，本发明提出的单质硒具有高的比容量，并且价格相对便宜，合成方法简单的，电化学稳定性良好等优点。这种新型的锂离子二次电池正极材料具有很高的实用价值和很好的发展前景。

b.很大的提高了锂离子电池的各方面性能，如电池循环一百多次没有明显的衰减出现，并具有较高比电容量(900mAh/g)。

c.与单质硫相比，单质硒的导电性高出20倍，同时本发明制备的多孔状的单质硒微米球有效增加了比表面积，增大锂离子嵌入脱出，同时又可承受多大的体积形变，提高了锂电池性能。

d.本发明将多孔状单质硒微米球生长在多种导电衬底上，尤其是柔性衬底上，对柔性锂离子电池的研究有很大帮助。

另外，本发明采用热蒸发的方法在铜片、铝片、碳布等衬底上均匀生长了多孔状的单质硒微米球(如图3)。与传统的刮片法相比，这种直接生长在导电衬底上的结构不需要添加粘结剂，可以有效的增加活性物质与集电极之间的电子传输。并且多孔状的结构可以增大锂离子的嵌入和脱出，又可以承受更大的体积变形，对提高锂电池的性能有很大帮助。

附图说明

图1为1500倍放大条件下纯碳布的扫描电子显微镜图；

图2为1500倍放大条件下链状硒微米球/碳布复合结构的扫描电子显微镜图；

图3为放大的多孔状单质硒微米球扫描电子显微镜图；

图4为Li-Se电池C-V测试结果图；

图5为Li-Se电池电压性能测试结果图；

图6为Li-Se电池循环性能测试结果图。

具体实施方式

下面通过借助实例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

本发明Li-Se电池的正极材料采用单质硒，硒的形貌具体可采用多孔状单质硒微米球、硒纳米线、硒纳米带等等。

实施例1：多孔状单质硒微米球