[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

说明书

本发明公开了一种硒复合正极材料、其制备方法及其全固态锂硒电池，该硒复合正极材料包括：纳米硒、导电碳和纳米硫化物固态电解质，其制备方法是：首先将硒单质和硫化物电解质分别溶解于两种溶剂，再依次将两溶液滴加在导电碳中并进行超声分散，真空干燥后得到混合粉末，最后在惰性气体氛围中，混合粉末经退火，得到硒复合正极材料。该硒复合正极材料中，纳米硒和纳米硫化物电解质紧密接触并均匀填充在导电碳的孔洞和缝隙中及覆盖在其表面，硒粒径小，负载量较高，得到的全固态锂硒电池整体阻抗小，硒利用率高，比容量损失少，循环性能稳定。

技术领域

本发明属于电化学电源技术领域，具体涉及一种硒复合正极材料、其制备方法及其全固态锂硒电池。

背景技术

随着移动电子和混合动力汽车市场的快速发展，传统的锂离子电池已不能满足未来储能系统日益增长的高能量密度和安全需求。锂硫电池由于其理论重量(体积)能量密度高达2570Wh/kg(2200Wh/L)和低成本引起了很大的关注。但S作为锂电池的正极材料存在两个主要问题：S的绝缘特性和锂硫电池中的穿梭效应，这导致活性物质损失，利用率低，循环性能差。

硒是硫的同族元素，与硫的化学性质相似，具有与硫相近的体积比容量(3253mAhcm^-3)，并且与硫相比，单质硒具有较好的电子导电性(1*10^-3Sm^-1)和更好的碳酸酯类电解液兼容性，多硒化物的穿梭效应也相对较弱，相应地，锂硒电池相比于锂硫电池也具有更好的循环性能和倍率性能，在新能源领域具有潜在的应用价值。

但是按照传统方法组装的液态锂硒电池同样也存在正极体积变化和多硒化物的穿梭效应问题，从而导致电池容量衰减、循环性能差，库伦效率低，同时，大块硒单质材料电化学反应有效界面小，导致正极活性物质利用率低，可逆容量低。因此，如何抑制多硒化物的扩散、改善硒的分布状态是硒基正极材料的研究重点。此外，解决液态锂硒电池中金属锂负极的枝晶问题，消除有机电解液的安全隐患也有助于推动锂硒电池进一步发展。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种硒复合正极材料、其制备方法及其全固态锂硒电池。

为实现上述目的，本发明提供的硒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。

优选地，所述复合正极材料中纳米硒的质量分数为20～70wt％，导电碳的质量分数为5～15wt％，纳米硫化物固态电解质的质量分数为25～65wt％。

优选地，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0.05～1μm，孔径为5～500nm；

优选地，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5～500nm。

为实现上述目的，本发明提供的制备如上述任一项所述的硒复合正极材料的方法包括以下步骤：