[发明专利]一种硒复合正极材料、其制备方法及其全固态锂硒电池

权利要求书

1.一种硒复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料包括纳米硒、导电碳、纳米硫化物固态电解质；所述纳米硒颗粒和纳米硫化物固态电解质紧密接触并填充在导电碳孔洞和间隙中以及附着在导电碳表面，形成硒复合正极材料，其粒径为0.1~1μm；具体的制备所述硒复合正极材料的方法包括以下步骤：（1）将硒单质和硫化物固态电解质分别溶解于两种溶剂中；（2）将步骤（1）得到的两种溶液依次滴加在导电碳中并进行超声分散，得到导电碳分散均匀的悬浊液；（3）真空干燥步骤（2）得到的悬浊液，得到混合粉末；（4）将步骤（3）中混合粉末置于石英坩埚中，在马弗炉或管式炉中退火，冷却后得到硒复合正极材料。

2.根据权利要求1所述的硒复合正极材料，其特征在于，所述复合正极材料中纳米硒的质量分数为20~70 wt%，导电碳的质量分数为5~15 wt%，纳米硫化物固态电解质的质量分数为25~65 wt%。

3.根据权利要求1或2所述的硒复合正极材料，其特征在于，所述纳米硒粒径为5~100nm；所述导电碳为蜂窝碳、科琴黑、多孔碳纳米管、多孔石墨烯、CMK-3、生物质衍生多孔碳、改性多孔碳中的一种或几种混合；导电碳粒径为0.05~1 μm，孔径为5~500 nm。

4.根据权利要求1或2所述的硒复合正极材料，其特征在于，所述纳米硫化物固态电解质为Li₇P₃S₁₁、β-Li₃PS₄、Li₆PS₅Cl、Li₆PS₅Br、Li₇P₂S₈I、Li₄PS₄I、Li₆PS₅Cl_x Br_1-x、Li₆PS₅Cl_yI_1-y、Li₆PS5Br_zI_1-z中的一种，其中，x、y、z = 0 ~ 1；所述纳米硫化物固态电解质粒径为5~500 nm。

5.一种制备如权利要求1~4中任一项所述的硒复合正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）将硒单质和硫化物固态电解质分别溶解于两种溶剂中；

（2）将步骤（1）得到的两种溶液依次滴加在导电碳中并进行超声分散，得到导电碳分散均匀的悬浊液；

（3）真空干燥步骤（2）得到的悬浊液，得到混合粉末；

（4）将步骤（3）中混合粉末置于石英坩埚中，在马弗炉或管式炉中退火，冷却后得到硒复合正极材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，硒单质为单斜红硒，硒的溶剂为CS₂；硫化物固态电解质的溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、丙酮、N-甲基甲酰胺、乙腈中的一种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，超声分散过程分为两步，第一次超声在常压惰性气氛中完成，超声时间为30～120 min；第二次超声在100~1000Pa惰性气氛中进行，超声时间为1～10 min；整个超声过程在常温下进行，超声功率为10～60kHz。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）的干燥温度为50~100℃，干燥时间为0.5~6 h。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的退火温度为150~400℃，保温时间为3~8 h，退火过程在惰性气氛中完成。

10.一种全固态锂硒电池，包含有正极、负极以及设置在所述正极和负极之间的硫化物固态电解质，其特征在于，所述正极材料为如权利要求5~9中任一项所述制备方法制备获得的硒复合正极材料。