一种纯硒正极锂硒电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纯硒正极锂硒电池的制备方法，包括以下步骤：合成ETTA‑DMTA‑COF前驱体，制备ETTA‑DMTA‑COF/陶瓷复合隔膜和纯硒电极后组装成锂硒电池；其中，ETTA‑DMTA‑COF前驱体与导电炭黑的质量比为2:1，以ETTA‑DMTA‑COF作为涂层、纯硒为活性物质首次将ETTA‑DMTA‑COF改性隔膜用在纯硒电极基锂硒电池，在0.5C的电流密度下，电池的比容量为590mAh/g，是理论比容量的87％；当电流密度增加到20C时，电池的比容量为51mAh/g，显著提高锂硒电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纯硒正极锂硒电池的制备方法
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种纯硒正极锂硒电池的制备方法。
技术介绍
对于锂硫电池，活性物质单质硫具有高达1675mAh/g的理论比容量，但是，硫单质所固有的电子绝缘性使其表现为电化学惰性，被视为“不良”电极材料；在充放电过程中也会发生体积膨胀引起电极材料的结构变形和坍塌。研究者采用了很多方法来提高电池的电化学性能，比如用导电的基底材料来负载硫、硫电极的表面保护或者对电池的隔膜进行改性。这些方法解决了部分问题，电池的电化学性能也得到了显著的提高。然而硫固有的缺陷依然使得商业化应用比较困难[1、2]。硒和硫同属于氧族元素，具有相似的化学性质。硒与金属锂或钠可以形成“Redox”电对。由于硒的原子质量比较大，使得锂硒电池的理论比容量仅有675mAh/g，和锂硫电池的1675mAh/g相比很低，硒的密度为4.81g/m3，硫的密度为2.07g/m3，锂硒和锂硫电池对应的体积能量密度分别为3253mAh/m3和3467mAh/m3。由此可知，锂硒电池在移动通讯、笔记本电脑、电力汽车等高体积密度需求旺盛的领域具有很大的前景。此外，硒是一个半导体材料，它的导电性能力为1x10-5S/m2，比硫高25个数量级。因而硒作为电池的正极材料，拥有更高的活性物质利用率、更好的电化学活性和更快的电化学反应速率，在高倍率放电下更具有优势。综上所述，硒是下一代高体积能量密度能源体系的一个替代材料[3-13]。但是，锂硒电池同样面临多硒化物的溶解穿梭问题，且硒在自然界中有两种稳定形式即Se12和Se8环，故而在充放电过程中产生多硒化物更加复杂。研究者把锂硫电池中的宿主材料用来负载硒以缓解多硒化物的穿梭，电池的性能提高，但宿主材料的引入会大大降低电池的能量密度，此外电极中硒含量一般都不是很高，因此制备高硒含量的高性能电池十分必要。参考文献：1.Bruce,P.G.；Freunberger,S.A.；Hardwick,L.J.；Tarascon,J.-M.,Li-O2andLi-Sbatterieswithhighenergystorage.Naturematerials2012,11,19-29.2.Zhang,S.S.,Liquidelectrolytelithium/sulfurbattery:Fundamentalchemistry,problems,andsolutions.JournalofPowerSources2013,231,153-162.3.Xu,J.；Ma,J.；Fan,Q.；Guo,S.；Dou,S.,RecentProgressintheDesignofAdvancedCathodeMaterialsandBatteryModelsforHigh-PerformanceLithium-X(X＝O2,S,Se,Te,I2,Br2)Batteries.Advancedmaterials2017,29,1606454.4.Chen,S.；Huang,X.；Liu,H.；Sun,B.；Yeoh,W.；Li,K.；Zhang,J.；Wang,G.,3DHyperbranchedHollowCarbonNanorodArchitecturesforHigh-PerformanceLithium-SulfurBatteries.AdvancedEnergyMaterials2014,4,1301761.5.Jayaprakash,N.；Shen,J.；Moganty,S.S.；Corona,A.；Archer,L.A.,Poroushollowcarbon@sulfurcompositesforhigh-powerlithium-sulfurbatteries.AngewandteChemie2011,50,5904-8.6.Ji,X.；Lee,K.T.；Nazar,L.F.,Ahighlyorderednanostructuredcarbon-sulphurcathodeforlithium-sulphurbatteries.Naturematerials2009,8,500-6.7.Bai,S.；Liu,X.；Zhu,K.；Wu,S.；Zhou,H.,Metal–organicframework-basedseparatorforlithium–sulfurbatteries.NatureEnergy2016,1,16094.8.Ghazi,Z.A.；He,X.；Khattak,A.M.；Khan,N.A.；Liang,B.；Iqbal,A.；Wang,J.；Sin,H.；Li,L.；Tang,Z.,MoS2/CelgardSeparatorasEfficientPolysulfideBarrierforLong-LifeLithium-SulfurBatteries.Advancedmaterials2017,29,1606817.9.Sun,J.；Sun,Y.；Pasta,M.；Zhou,G.；Li,Y.；Liu,W.；Xiong,F.；Cui,Y.,EntrapmentofPolysulfidesbyaBlack-Phosphorus-ModifiedSeparatorforLithium-SulfurBatteries.Advancedmaterials2016,28,9797-9803.10.Zhou,J.；Yang,J.；Xu,Z.；Zhang,T.；Chen,Z.；Wang,J.,Ahighperformancelithium–seleniumbatteryusingamicroporouscarbonconfinedseleniumcathodeandacompatibleelectrolyte.J.Mater.Chem.A2017,5,9350-9357.11.Fang,R.；Zhou,G.；Pei,S.；Li,F.；Cheng,H.M.,Localizedpolyselenidesinagraphene-coatedpolymerseparatorforhighrateandultralonglifelithium-seleniumbatteries.Chemicalcommunications2015,51,3667-70.12.Ding,J.；Zhou,H.；Zhang,H.；Stephenson,T.；Li,Z.；Karpuzov,D.；Mitlin,D.,Exceptionalenergyandnewinsightwithasodium–seleniumbatterybasedonacarbonnanosheetcathodeandapseudographiteanode.EnergyEnviron.Sci.2017,10,153-165.13.Zhou,Y.；Li,Z.；Lu,Y.-C.,Astablelithium–seleniuminterfaceviasolid/liquidhybridelectrolytes:Blockingpolyselenidesandsuppressinglithiumdendrite.NanoEn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纯硒正极锂硒电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、合成ETTA‑DMTA‑COF前驱体；S2、制备ETTA‑DMTA‑COF/陶瓷复合隔膜；S3、制备纯硒电极；S4、组装锂硒电池；其中，步骤S1中，所述ETTA‑DMTA‑COF前驱体的合成方法为：将0.5g四[4‑(4'‑氨基)苯基]乙烯和0.5g 2,5‑二甲氧基对苯二醛单体加入到玻璃瓶中，再加入50mL体积比为1:1的1,4二氧六环和均三甲苯的混合溶液，并搅拌至充分溶解后加入5mL 6mol/L的醋酸溶液；然后将上述混合物置于80‑120℃的烘箱中反应72h得红色固体，并依次用二氧六环、四氢呋喃和丙酮清洗后置于80℃的真空干燥箱中干燥10‑16h；步骤S2中，所述ETTA‑DMTA‑COF/陶瓷复合隔膜中所述ETTA‑DMTA‑COF前驱体与导电炭黑的质量比为2:1。

【技术特征摘要】
1.一种纯硒正极锂硒电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、合成ETTA-DMTA-COF前驱体；S2、制备ETTA-DMTA-COF/陶瓷复合隔膜；S3、制备纯硒电极；S4、组装锂硒电池；其中，步骤S1中，所述ETTA-DMTA-COF前驱体的合成方法为：将0.5g四[4-(4'-氨基)苯基]乙烯和0.5g2,5-二甲氧基对苯二醛单体加入到玻璃瓶中，再加入50mL体积比为1:1的1,4二氧六环和均三甲苯的混合溶液，并搅拌至充分溶解后加入5mL6mol/L的醋酸溶液；然后将上述混合物置于80-120℃的烘箱中反应72h得红色固体，并依次用二氧六环、四氢呋喃和丙酮清洗后置于80℃的真空干燥箱中干燥10-16h；步骤S2中，所述ETTA-DMTA-COF/陶瓷复合隔膜中所述ETTA-DMTA-COF前驱体与导电炭黑的质量比为2:1。2.一种如权利要求1所述纯硒正极锂硒电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述ETTA-DMTA-COF前驱体的比表面积为200-400m2/g，孔道尺寸为0.50-0.56nm。3.一种如权利要求1所述纯硒正极锂硒电池的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述ETTA-DMTA-COF/陶瓷复合隔膜的制备方法为：将0.24g步骤S1中所述ETTA-DMTA-COF前驱体和0.12g导电炭黑研磨均匀后移至试管中，再加入0.8g的水性粘结剂和2mL体积浓度为25％的正丙醇水溶液，得混合浆；将上述混合浆充分混匀后以刮涂方式涂布于陶瓷隔膜上，置于80℃的真空干燥箱中干燥10-16h后切割，得ETTA-DMTA-COF/陶瓷复合隔膜片。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡跃鹏，王健宜，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44