【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池电极材料，特别地，涉及一种水系锌硫电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、硫基电极材料拥有理论比容量高(1675mah g-1)、无毒、成本低廉(52ah$-1)等优点，在满足日益增长的储能需求方面具有很大的潜力。然而，在碱金属硫电池中使用的有机电解液所引发的电池安全问题以及多硫化物的穿梭效应所引发的活性物质溶解问题逐渐引起了人们对其实际应用前景的担忧。近年来，采用空气稳定型金属锌作为阳极以及在不可燃的水溶液中工作的锌硫(zn-s)电池可以保证电池安全性和高能量密度。除此以外，在水系zn-s电池中硫(s)到硫化锌(zns)的固固转化反应避免了活性物质的溶解。然而，绝缘的s和zns之间的固固转化反应也致使水系zn-s电池遭受较大的极化和缓慢的反应动力学。
2、目前，科研工作者在解决硫转化动力学缓慢以及减小电池极化方面取得了一些进展，例如将硫与导电碳复合以增强导电性，在电解液中加入痕量碘(i2)或在宿主中引入单原子铁来加速硫的氧化还原反应。尽管这些方法均有效减小了电池的极化并增强了硫的转化反应动力学，但是使用本征电导率较差的硫作为活性物质所造成的电池倍率性能以及循环稳定性较差的问题仍阻碍水系zn-s电池的进一步发展。因此，从根本上提升硫的本征电导率是改善锌硫电池性能的关键。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术目的在于提供一种水系锌硫电池正极材料及其制备方法，其目的在于通过改善硫的本征电导率以提升水系锌硫电池的倍率性能和放电电
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一、称取一定质量的硫粉和硒粉并混合均匀，得到硒硫混合物；
4、步骤二、将硒硫混合物在真空环境下进行煅烧处理，得到硒掺杂的硫材料；
5、步骤三、将硒掺杂的硫材料和碳源按照一定的比例混合并在真空环境下进行煅烧处理，得到硒掺杂的硫和碳的复合材料，即为所述的水系锌硫电池正极材料。
6、进一步的，步骤一中，硒粉和硫粉的质量比为1：5-18。
7、进一步的，步骤一中，所采用的混合方式为球磨混合。
8、进一步的，步骤一中，球磨混合过程中的球磨转速为100rpm-400rpm。
9、进一步的，步骤二中，将硒硫混合物在真空环境下进行煅烧处理具体为：将硒硫混合物放入真空的玻璃管中进行煅烧。
10、进一步的，步骤二中，煅烧的温度为200℃-400℃，升温速率为2℃/min-10℃/min，煅烧时间为6h-24h。
11、进一步的，步骤三中，硒掺杂的硫材料和碳源的质量比为1-2：1。
12、进一步的，步骤三中，煅烧的温度为200℃-400℃，升温速率为2℃/min-10℃/min，煅烧时间为6h-24h。
13、进一步的，步骤三中，所述碳源为介孔cmk-3、碳纳米管cnts、科琴黑、空心碳球和活性炭中的任意一种。
14、本专利技术还提供了一种水系锌硫电池正极材料，采用上述的制备方法制得的。
15、本专利技术具有以下有益效果：
16、1、本专利技术提供了一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，该方法利用同族元素电负性差异，将具有电子供体性质的硒引入到硫正极中，改善了硫的本征电导率，为硫的转化反应提供额外电子源，加快了硫的转化反应速率并提高活性物质硫的利用率，进而提升了水系锌硫电池的倍率性能和能量密度。采用本专利技术方法所制备的正极材料具有高比能、高稳定的优势，能够满足未来储能市场的应用需求。
17、考虑到水系锌硫电池较大的极化是来源于硫的转化反应的速率远远慢于外电路电子转移的速率，因此，本专利技术通过简单的煅烧的方式将理论比容量高的硫和导电性较好的硒熔融并通过硒-硫化学键的方式结合起来，具有电子供体性质的硒通过硒-硫化学键将电子传导给硫，为硫的转化反应提供额外的电子源来加快硫的转化反应速率，既提升了硫的本征电导率，又提高了活性物质硫的利用率，最终改善水系zn-s电池的倍率性能和放电电压平台并提升电池的稳定性。
18、2、本专利技术提供的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法中，硒的掺杂量的设计很重要。因为当硒的掺杂量过少时，会导致材料的本征电子电导率改善不明显，不足以提高硫正极的倍率性能和能量密度；当硒的掺杂量过多时，不仅增加成本，而且因为硫的理论比容量要高于硒的理论比容量，硒掺杂过多会造成活性物质质量增加较多而导致比容量降低。除此之外，过量的硒在水系电池中面临严重的二氧化硒溶解问题，二氧化硒的溶解不仅会致使正极中活性硒的作用降低，而且二氧化硒会穿梭到锌负极并被还原为硒化锌，不均匀的硒化锌沉积到锌负极会加速锌负极的枝晶生长和析氢副反应发生。因此，硒粉和硫粉的质量比为1：5-18为硒的最佳掺杂量，对提升水系锌硫电池的倍率性能以及循环性能有很大的影响。
19、3、本专利技术提供的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法中，可选取商业化的硫粉和硒粉为原材料，使本专利技术方法具有大规模应用的可能性。此外，相比于以嵌入反应机制为主的二氧化锰以及五氧化二钒正极材料(比容量低于400mah g-1)而言，本专利技术以硒掺杂的硫作为水系锌离子电池正极具有成本低廉，比容量高(1540mah g-1)等优势，使得硒掺杂的硫正极材料在大规模储能方面具有极大的应用潜力。
20、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
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1.一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，硒粉和硫粉的质量比为1：5-18。
3.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所采用的混合方式为球磨混合。
4.根据权利要求3所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，球磨混合过程中的球磨转速为100rpm-400rpm。
5.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，将硒硫混合物在真空环境下进行煅烧处理具体为：将硒硫混合物放入真空的玻璃管中进行煅烧。
6.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，煅烧的温度为200℃-400℃，升温速率为2℃/min-10℃/min，煅烧时间为6h-24h。
7.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，硒掺杂的硫材料和碳源的质量比为1-2：1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述碳源为介孔CMK-3、碳纳米管、科琴黑、空心碳球和活性炭中的任意一种。
10.一种水系锌硫电池正极材料，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的制备方法制得的。
...【技术特征摘要】
1.一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，硒粉和硫粉的质量比为1：5-18。
3.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所采用的混合方式为球磨混合。
4.根据权利要求3所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，球磨混合过程中的球磨转速为100rpm-400rpm。
5.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，将硒硫混合物在真空环境下进行煅烧处理具体为：将硒硫混合物放入真空的玻璃管中进行煅烧。
6.根据权利要求1所述的一种水系锌硫电池正极材料的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱智强，张晖，颜子超，
申请(专利权)人：湖大粤港澳大湾区创新研究院广州增城，
类型：发明
国别省市：
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