一种锂电正极活性材料、锂电正极及其制备方法和锂电池技术

本发明专利技术公开了一种锂电正极活性材料、锂电正极及其制备方法和锂电池。该锂电正极活性材料，包括富含缺陷的1T结合2H混相MoS2和有机硒硫化合物PhSeS

【技术实现步骤摘要】
一种锂电正极活性材料、锂电正极及其制备方法和锂电池


[0001]本专利技术属于锂电池电极材料
，具体涉及一种锂电正极活性材料、锂电正极及其制备方法和锂电池。

技术介绍

[0002]目前，基于嵌入/脱嵌反应的商用锂离子电池正极材料已达到其容量极限(<300mAh g
‑1)。因此基于多电子转化反应的电极材料备受关注，例如硫，可提供更高的比容量。然而，此类材料目前也面临着多电子转换和多步反应带来的缓慢动力学和结构不可逆变化的问题，例如硫正极的体积膨胀和可溶性中间体多硫化物(LiPSs)穿梭效应。这使得此类材料很难达到理想的可逆容量。针对这些问题，应用最多的解决策略有：(1)物理限域；主要是将正极活性物质禁锢到多孔导电纳米复合材料中，如碳材料，不仅可以提高导电性，还可以达到捕获LiPSs的效果；(2)化学吸附和催化转化；主要是使用一些金属基催化剂，尤其是过渡金属硫化物(TMS)，锚定可溶性LiPSs并加速它们的转化，从而提高硫的利用率。MoS2作为一种典型的TMS，是提高电池性能的灵丹妙药，越来越受到人们的关注。然而，目前最大的挑战在于很难在同一分子水平上将硫与这些引入的功能性材料完美混合。
[0003]无定形三硫化钼(MoS3)具有高的硫含量，理论比容量可高达～837mAh g
‑1，其中二价硫负离子S2‑
和二硫负离子S
22
‑
共价接枝在钼原子周围，这种结构有利于避免硫与TMS宿主材料因简单物理复合而导致的一些不利因素，例如：不连续的电子传导路径、不可控的物理限域和差的界面催化效果。此外，与硫和硫化二锂相比，MoS3具有更高的导电性。MoS3呈现出一维的链状结构，这也可以为锂离子提供更多的储存位点，并且锂离子的扩散速率也比常见的结晶性MoS2快。因此，MoS3有希望成为一种与硫单质媲美的正极材料。但是由于MoS3自身结构的混乱和不稳定性，因而无法准确地控制电池性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种锂电正极活性材料、锂电正极及其制备方法和锂电池。该正极材料活性材料用于锂电正极中，表现出快速的还原反应动力学，弱的多硫化物(LiPSs)的穿梭效应，具有更优异的倍率性能和循环稳定性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]提供一种锂电正极活性材料，包括富含缺陷的1T结合2H混相MoS2(1T/2H
‑
MoS2)和有机硒硫化合物PhSeS
x
SePh，x≤6，x为整数。
[0007]其中，1T结合2H混相MoS2指既包含1T
‑
MoS2，又包含2H
‑
MoS2。1T
‑
MoS2指Mo原子与S原子呈现八面体配位的MoS2；2H
‑
MoS2指Mo原子与S原子呈现三棱柱配位的MoS2。
[0008]提供一种锂电正极，包括CNTs和上述锂电正极活性材料，所述锂电正极活性材料在所述CNTs中均匀分散。
[0009]按上述方案，锂电正极通过以MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料起始正极，以包含PDSe添加剂的锂电池电解液为电解液，以锂金属为负极，组装电池后再充电，在起始正极原位生
成富含缺陷的1T/2H混相MoS2和有机硒硫化合物PhSeS
x
SePh，x≤6制备得到。
[0010]其中MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料为片状，可直接用作正极片。
[0011]优选地，所述MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料中，CNTs和MoS3纳米颗粒质量比为(0.5～2.5):1。
[0012]优选地，所述锂电池电解液中PDSe添加剂浓度为0.05～0.3mol L
‑1。
[0013]优选地，MoS3纳米颗粒粒径为20～50nm；CNTs直径为8～10nm。
[0014]优选地，MoS3纳米颗粒均匀分布在CNT网络结构。
[0015]优选地，所述再充电电压至2.8～3.0V。
[0016]提供一种上述锂电正极的制备方法，具体步骤如下：
[0017]1)将MoS3纳米颗粒和CNTs在极性溶剂中分散均匀，后处理得到MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料，然后以所得MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料为初始正极，以包含PDSe添加剂的锂电池电解液为电解液，以锂金属为负极，组装得到Li|MoS3‑
PDSe电池；
[0018]2)将步骤1)中获得的Li|MoS3‑
PDSe电池，通过再充电后，在初始正极电化学原位生成富含缺陷的1T/2H
‑
MoS2和PhSeS
x
SePh(x≤6)，即得锂电正极。
[0019]按上述方案，所述步骤1)中，极性溶剂为无水乙醇。
[0020]按上述方案，所述步骤1)中，MoS3纳米颗粒和CNTs在溶剂中分散方式为超声分散，功率为600
‑
800W，工作时间为10～15min。
[0021]按上述方案，所述步骤1)中，MoS3纳米颗粒的制备方法为：将四硫代钼酸铵加入去离子水中，搅拌溶解，然后向其中缓慢滴加1.2～1.5mol L
‑1的盐酸，直至混合溶液PH值达到3，常温下反应搅拌2～3h得到MoS3纳米颗粒前驱体，最后再将其在氩气气氛下200～250℃烧结2～3h。
[0022]按上述方案，所述步骤1)中，所述后处理为：抽滤、无水乙醇洗涤、真空干燥后，按需求切片。
[0023]按上述方案，所述步骤1)中，锂电池电解液中，PDSe添加剂浓度为0.05～0.3mol L
‑1。
[0024]按上述方案，所述步骤1)中，CNTs和MoS3纳米颗粒质量比为(0.5～2.5):1。
[0025]按上述方案，所述步骤1)中，MoS3纳米颗粒直径为20
‑
50nm；CNTs直径为8
‑
10nm。
[0026]按上述方案，所述步骤1)中，锂电池电解液中，锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和硝酸锂(LiNO3)，溶剂为乙二醇二甲醚(DME)和1,3
‑
二氧戊烷(DOL)混合溶剂。
[0027]优选地，DME和DOL的体积比为(0.8～1.2):1，锂盐LiTFSI在混合溶剂里面的摩尔浓度为0.8
‑
1.2mol L
‑1，LiNO3在混合溶剂中的摩尔浓度为0.2～0.3mol L
‑1。
[0028]提供一种锂电池，包括锂电池电解液、隔膜和锂负极，还包括正极，所述正极为MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料；所述锂电池电解液中包含PDSe添加剂。
[0029]按上述方案，当锂电池为纽扣电池时，PDSe添加剂在锂电池电解液中的浓度为0.15～0.3mol L
‑1；当锂电池为软包电池时，PDSe添加剂在锂电池电解液中的浓度为0.05本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电正极活性材料，其特征在于，包括富含缺陷的1T结合2H混相MoS2和有机硒硫化合物PhSeS
x
SePh，x≤6。2.一种锂电正极，其特征在于，包括CNTs和权利要求1所述的锂电正极活性材料，所述锂电正极活性材料在所述CNTs中均匀分散。3.根据权利要求2所述的锂电正极，其特征在于，所述锂电正极通过以MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料起始正极，以包含PDSe添加剂的锂电池电解液为电解液，以锂金属为负极，组装电池后再充电，在所述起始正极原位生成富含缺陷的1T结合2H混相MoS2和有机硒硫化合物PhSeS
x
SePh，x≤6制备得到。4.根据权利要求3所述的锂电正极，其特征在于，MoS3纳米颗粒粒径为20～50nm；CNTs直径为8～10nm。5.根据权利要求3所述的锂电正极，其特征在于，所述再充电电压至2.8～3.0V。6.一种权利要求2所述的锂电正极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将MoS3纳米颗粒和CNTs在极性溶剂中分散均匀，后处理得到MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料，然后以所得MoS3纳米颗粒/CNTs复合材料为初始正极，以包含PDSe添加剂的锂电池电解液为电解液，以锂金属为负极，组装得到Li|Mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玮，凡倩倩，付永柱，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：