硫系正极材料及其制备方法以及一种电池的制作方法_2

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同时,该材料也能进一步的应用于钠电池中。实验结果表明,本发明制备的Si xSex/C材料,应用于锂硫电池中,在普通酯类电解液下,其储锂容量可高达1050mAh/g,并具有长循环寿命,循环500圈后容量保持在953mAh/g。
[0043]作为优选,本发明所述正极材料中,S的摩尔含量大于90%。本发明中,所述S的摩尔含量指材料中S与S、Μ总量的摩尔比。
[0044]本发明提供的正极材料,除Se元素外,还引入了 P、1、Te、B1、Sn元素,其中,P、I和Te都具有更低的毒性,对环境相对友好,同时,P具有较低的分子质量,可以有效的降低杂原子引入对材料能量密度降低的影响;1的引入可以提高电压平台。
[0045]本发明还提供了一种上述硫系正极材料的制备方法,包括:
[0046]将硫粉与M、碳基底混合,于密封条件下,共融反应,得到硫系正极材料;
[0047]所述Μ为砸粉、锑粉、碘、红磷、铋、锡中的任意一种或多种;
[0048]所述碳基底的加入量为原料总质量的0%?80%,更优选为原料总质量的0%?70%,在本发明的某些具体实施例中,所述碳基底的加入量为原料总质量的40%?70%。
[0049]其中,所述硫粉与Μ的摩尔比优选为(70:30)?(99.6:0.4),更优选为(9?99):
Ιο
[0050]本发明中,所述碳基底优选为石墨烯、多孔碳材料、碳纳米管和CMK-3中的任意一种或多种。
[0051 ] 本发明对上述硫粉、砸粉、锑粉、碘、红磷、铋、锡以及石墨烯、多孔碳材料、碳纳米管和CMK-3并无特殊限定,普通市售即可。其中,多孔碳材料还可以采用过渡金属络合物热分解制备得到。
[0052]首先,将硫粉与M、碳基底混合,所述混合可以为本领域技术人员熟知的混合方式,在某些具体实施例中,为球磨混合,优选加去离子水湿法球磨,所述球磨的时间优选为lh?72h,更优选为5h?24h。
[0053]球磨后的材料密封于反应器内,进行共融反应。本发明中,所述共融反应的温度优选为60°C?500 °C,更优选为150°C?400 °C ;时间优选为30min?120h,更优选为5h?24h0
[0054]在本发明的某些具体实施例中,所述反应在高压釜中进行。
[0055]本发明所制备的Si XMX/C产物主要应用于电化学储能方面,将制备得到的产物制成锂电池极片,作为正极材料,可以与锂片电极组装成锂硫电池,也可以与钠片电极组装成钠硫电池,进一步可以采用商业的负极材料如石墨负极等进行全电池的组装。当该材料用于锂硫电池正极材料时,在商业的酯类电解液中表现出较高的储锂容量、高库伦效率以及长的循环稳定性。
[0056]本发明还提供了一种电池,以上述硫系正极材料或上述制备方法制备的硫系正极材料为正极材料。
[0057]本发明优选的,所述电池为锂硫电池或钠硫电池。
[0058]为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的硫系正极材料及其制备方法以及一种电池进行详细描述。
[0059]实施例1以多孔碳材料为基底,制备Si xSex/C(x = 0.1)材料。
[0060]取5克硫粉,1.2克砸粉以及4克多孔碳,经湿法球磨24h混合后,密封于10mL的反应釜内,置于电阻坩祸炉下,在220°C内反应10h,然后自然冷却至室温;开釜后即可获得S! xSex/C(x = 0.1)材料。
[0061 ] 采用X光粉末衍射仪对制备的S: xSex/C (x = 0.1)材料进行X光衍射分析,图1为本发明实施例1制备的Si xSex/C(x = 0.1)材料在不同温度下的X射线衍射谱图。由图1可以看出,X光衍射谱图中2 Θ在10?80°范围内仅有清晰可见的非晶衍射峰包,证明该材料为非晶相的结构。
[0062]采用扫描电镜和透射电镜对材料结构进行检测,结果见图2和图3,其中,图2是本发明实施例1的扫描电镜图,图3是本发明实施例1的透射电镜图,由图2和图3可知,本发明制备的S: xSex/C (x = 0.1)材料为尺寸约30nm的纳米多孔结构,孔均勾分布在几个纳米(〈10nm)范围内。
[0063]采用原子吸收光谱对材料组分进行分析,结果显示该材料的硫含量与砸含量的摩尔比约为9:1,即S的摩尔含量为90%。
[0064]实施例2
[0065]取5克硫粉和1.2克砸粉,经湿法球磨24h混合后,密封于10mL的反应釜内,置于电阻坩祸炉下,在200°C内反应10h,然后自然冷却至室温;开釜后即可获得Si xSex(x =0.1)材料。
[0066]采用X光粉末衍射仪对制备的SlxSex(x = 0.1)材料进行X光衍射分析,结果见图4,图4为本发明实施例2制备的Si xSex(x = 0.1)材料在不同温度下的x射线衍射谱图。由图4可以看出,在温度大于110°C后,产物的XRD对应于类似单斜相硫的结构。
[0067]采用扫描电镜和透射电镜对材料结构进行检测,结果表明,本发明制备的Si xSex (x = 0.1)材料为尺寸约200nm的纳米多孔结构,孔均勾分布在几个纳米(〈10nm)范围内。
[0068]采用原子吸收光谱对材料组分进行分析,结果显示该材料的硫含量与砸含量的摩尔比约为9:1。
[0069]实施例3
[0070]取5克硫粉和2.4克砸粉、6克多孔碳,经湿法球磨24h混合后,密封于10mL的反应釜内,置于电阻坩祸炉下,在200°C内反应10h,然后自然冷却至室温;开釜后即可获得Si xSex/C (x = 0.2)材料。
[0071]采用X光粉末衍射仪对制备的Si xSex/C(x = 0.2)材料进行X光衍射分析,结果见图5,图5为本发明实施例3制备的Si xSex/C(x = 0.2)材料在不同温度下的x射线衍射谱图。由图5可以看出,该材料为非晶相结构。
[0072]采用扫描电镜和透射电镜对材料结构进行检测,结果表明,本发明制备的Si xSex/C(x = 0.2)材料为尺寸约30nm的纳米多孔结构,孔均勾分布在几个纳米(〈10nm)范围内。
[0073]采用原子吸收光谱对材料组分进行分析,结果显示该材料的硫含量与砸含量的摩尔比约为4:1。
[0074]实施例4
[0075]取5克硫粉和1.9克锑粉、4克多孔碳,经湿法球磨24h混合后,密封于10mL的反应釜内,置于电阻坩祸炉下,在300°C内反应10h,然后自然冷却至室温;开釜后即可获得S! xTex/C(x = 0.1)材料。
[0076]采用X光粉末衍射仪对制备的Si xTex/C (x = 0.1)材料进行X光衍射分析,结果表明,该材料为非晶相结构。
[0077]采用扫描电镜和透射电镜对材料结构进行检测,结果表明,本发明制备的Si xTex/C(x = 0.1)材料为尺寸约30nm的纳米多孔结构,孔均勾分布在几个纳米(〈10nm)范围内。
[0078]采用原子吸收光谱对材料组分进行分析,结果显示该材料的硫含量与锑含量的摩尔比约为9:1。
[0079]实施例5
[0080]取5克硫粉、0.6克砸粉、0.95克锑粉、4克多孔碳,经湿法球磨24h混合后,密封于10mL的反应釜内,置于电阻坩祸炉下,在350°C内反应10h,然后自然冷却至室温;开釜后即可获得 Si xSex yTey/C(x = 0.1, y = 0.05)材料。
[0081 ] 采用X光粉末衍射仪对制备的Si xSex yTey/C (x = 0.1,y = 0.05)材料进行X光衍射分析,结果表明,该材料为非晶相结构。
[0082]采用扫描电镜和透射电镜对材料结构进行检测,结果表明,本发明制备的Si xSex yTey/C(x = 0.l,y = 0.05)材料为尺寸约30nm的纳米多孔结构,孔均勾分布在几个纳米(<10nm)范围内。
[0083]采用原子吸收光谱对材料组分进行分析,结果显示该材料的硫含量与砸、锑总含量的摩尔比约为9:1。
[0084]实施例6
[0085]取5克硫粉,1.2克砸粉以及1克石墨烯混合,采用水分散至100mg/mL的浆料,经湿法球磨24h混合后,密封于10mL的反应釜内,置于电阻坩祸炉下,在200°C内反应10h,然后自然冷却至室温;开釜后即可获得Si xSex/G(x = 0
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