一种碲硒-聚苯胺复合材料及其电化学制备方法和储能方面的应用技术

本发明专利技术涉及一种碲硒

【技术实现步骤摘要】
一种碲硒
‑
聚苯胺复合材料及其电化学制备方法和储能方面的应用


[0001]本专利技术属于无机半导体材料领域和能源材料领域，具体是指一种碲硒
‑
聚苯胺复合材料及其电化学制备方法和储能方面的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为二次电池的典型代表，由于其具有高能量密度、高充放电效率、使用寿命长、环境友好等优点，已成为研究最广泛的商业电池。目前锂离子电池已在电子产品、电动汽车、航天航空等领域得到广泛应用。当前研究最多的锂离子电池为三元锂电池，如：LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2、Li2MnO3·
LiMO2，其理论容量分别为184mA
·
h
·
g
‑1、290mA
·
h
·
g
‑1。已经商业化的锂离子电池是LiCoO2/C，其理论能量密度仅为387W
·
h
·
kg
‑1，难以满足电动汽车远距离行驶的需求。因此，开发新型高能量密度、长循环寿命、低成本及环境友好的锂电池储能系统尤为重要。
[0003]作为锂电池的正极材料，硫族元素具有较高的容量和能量密度，因此被认为最具潜力的下一代可循环充放电锂电池的候选材料之一。锂硫(Li
‑
S)电池的优势是硫储量多、成本低；但是硫有致命缺点，即反应过程中生成多硫化物，导致穿梭效应，极大影响电池的性能。锂硒(Li
‑
Se)电池的理论质量容量虽然只有675mA
·
h
·
g
‑1，相比Li
‑
S的理论质量容量(1672mA
·
h
·
g
‑1)较低，但是与硫相比，硒的密度明显更高，Li
‑
Se电池的体积容量与Li
‑
S电池相近(Li
‑
Se：3253mA
·
h
·
cm
‑3，Li
‑
S：3467mA
·
h
·
cm
‑3)，且硒的电导率远高于硫(Se：1
×
10
‑3S
·
m
‑1，S为5
×
10
‑
28
S
·
m
‑1)，因而硒也被认为是理想的锂电池候选正极材料之一。碲元素理论质量容量只有429mA
·
h
·
g
‑1，但其理论体积容量也有2621mA
·
h
·
cm
‑3，能量密度为823.2W
·
h
·
kg
‑1，而且碲元素的电导率为2
×
102S
·
m
‑1，远高于硫元素(5
×
10
‑
28
S
·
m
‑1)和硒元素(1
×
10
‑3S
·
m
‑1)，有助于提高电池充放电过程中的反应动力学，但Li
‑
Te电池的体积膨胀导致其暂时难以实现商业化推广。
[0004]因此，结合碲、硒各自的优势，形成Te
x
Se
y
复合材料，是抑制材料穿梭效应和体积膨胀的有效途径之一。但由于Te、Se本身晶格不够大，在嵌锂过程中容易被锂离子撑开，导致体积膨胀，且多硒化物存在溶解导致的穿梭效应。因此，通过在硫族元素晶格中插入原子，扩大晶格参数以及形成化学键，改变活性物质自身充放电过程的反应机理，对抑制体积膨胀和穿梭效应起到协同作用。另外在Te
x
Se
y
复合材料表面包覆碳材料，对材料的导电性可以起着显著增强作用，可有效增强电池材料的储能性能。基于此，本专利技术人通过电化学的方法合成碲硒
‑
聚苯胺复合材料，并测试其在储能方面的应用。
[0005]近几年来，具有光电响应，优异的金属离子存储能力以及具有高电化学稳定性的碲硒共掺的复合材料已有报道，特别是应用于能源存储，光电响应等应用方面的鲜有报出，例如：
[0006]CN109748250A公开了一种碲硒纳米材料的制备方法，其制备方法如下：将亚碲酸钠、亚硒酸钠和形貌调控材料聚乙烯吡咯烷酮加入到双蒸水中，进行充分混合，再调节PH值
至9.4后，将所得溶液反应釜中，再加入还原剂水合肼(25wt/％)，密封后180℃下反应24小时，冷却通过离心收集得到二维碲硒纳米材料。该材料的光热效果明显，化学稳定性高，毒性低，原料丰富，价格便宜，制备方法简。但是在制备过程中使用了水合肼等溶剂，存在一定的安全隐患。
[0007]CN108394873B公开了一种碲硒镉材料的制备方法，其制备方法如下：将一定量碲粉、镉粉和硒粉按摩尔比9:10:1混合，加入均质机内均质1h；再将上述混合均质的物料装入石墨筒中，再将石墨筒放入石英管内，然后再将石英管装入真空封管炉内，将真空封管炉抽真空后，对石英管进行封管；然后将封管好的石英管装入加热炉内，加热炉以10℃/min的升温速率升温，加热至1200℃，保温3h；保温结束后，停止加热，打开炉膛，自然降温，温度低于60℃出炉得到碲硒镉块体。该材料的制备方法对设备要求低，产品收率高，工序简单，可规模化生产，生产成本低，但是，该制备方法中使用了大量的镉粉，生产过程存在一定的安全隐患，对环境有一定危害性。
[0008]CN107501830A公开了一种铒碲硒复合基柔性压电薄膜的制备方法，其制备方法如下：将苯胺、硝酸铒、碲酸锂、硒酸钠以及纤维素复合，再高温氧化，得复合金属氧化物，再将复合金属氧化物分散在聚甲基丙烯酸甲酯/硅烷偶联剂/丙酮溶液中，然后用甩膜机制膜，退火，得铒碲硒复合基柔性压电薄膜。该材料的制备方法具有更好的技术效果，所制备的柔性压电薄膜的压电系数为703pC/N，达常规复合压电材料的7倍以上，但是在制备过程中使用了大量的有机溶剂，对污染影响较大，而且工序复杂，不易于生产。
[0009]CN112310282A公开了一种二维窄带隙铋碲硒材料的制备方法，其制备方法如下：先将Si衬底用氢氟酸刻蚀，然后置于高温退火炉中通氧600℃高温氧化生长SiO2层，然后在材料上脉冲激光沉积Bi2Te
2.7
Se
0.3
层，最后通过磁控溅射技术溅射Pd电极层。该材料在高效信息存储和处理的多功能器件性能表现良好，是一种存储性能佳、能耗低、应用前景更为广阔的阻变存储器，为器件小型化的发展开辟了新的途径，但是，该材料的制备工艺对设备要求比较高，工序较为复杂，且使用较为危险的氢氟酸，工业应用实现化较低，不易于生产使用。
[0010]CN109616634A公开了一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碲硒
‑
聚苯胺复合材料的电化学制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1：以碲粉、硒粉为原料，通过研磨混合均匀后真空封装，通过高温退火合成碲硒合金棒；S2：将苯胺溶液溶于碱液中，配制成含苯胺溶液的碱性电解液；S3：以S1所制备的碲硒合金棒为工作电极、甘汞电极为参比电极、Pt丝为对电极，在S2配制的含苯胺溶液的碱性电解液中，通过恒电压电化学法制备碲硒
‑
聚苯胺复合材料。2.根据权利要求1所述的一种碲硒
‑
聚苯胺复合材料的电化学制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的将碲粉与硒粉的混合质量比为1
‑
40:1。3.根据权利要求1所述的一种碲硒
‑
聚苯胺复合材料的电化学制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的高温退火处理温度为400
‑
600℃，退火处理时间为2
‑
48小时。4.根据权利要求1所述的一种碲硒
‑
聚苯胺复合材料的电化学制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的高温退火处理中升温速率为1
‑
9℃min
‑1。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王舜，李俊，叶春暖，卢国龙，金辉乐，陈锡安，张礼杰，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：