不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法和应用

1.本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法和应用。


背景技术：

2.锂硫电池(lsbs)因其极高的理论比容量(1675mah/g)和比能量(2600wh/kg)以及低价格、高安全性和环境友好性等优势，在其他先进电池概念中脱颖而出。
3.室温条件下，锂硫电池正极中硫分子(s8)与锂的常规反应过程可以表述为s(固)
→
li2s
x
(4≤x≤8，液)
→
li2s2/li2s(固)，其中的充放电中间产物多硫化锂(li2s
x
)以液相形式存在于醚类电解液中。可以看出，锂硫电池的充放电过程是多步骤“固-液-固”多相反应：首先固态硫分子s8从电解液得到li
+
形成可溶性li2s8，随着反应进程不断深入li2s8逐渐被还原为可溶性li2s6和li2s4；接着可溶性li2s4继续转化形成不溶性的固相li2s2，最后再进一步反应生成终产物固相li2s。
4.然而，lsbs也面临着一些瓶颈，如s8和li2s的导电性差，充放电过程中体积膨胀严重，高达80％，以及“穿梭效应”。以上这些缺陷导致lsbs电化学反应动力学缓慢，电池容量衰减。


技术实现要素：

5.针对现有技术不足，本发明的目的在于提供不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法；另一目的在于提供不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼在锂硫电池中的应用。
6.为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法，包括如下步骤：
7.(1)在去离子水中加入含硫前驱体、含钼前驱体、硒粉和含碳点前驱体配制成混合溶液，搅拌均匀加入不锈钢网并转移至高压反应器中进行水热处理；
8.(2)待高压反应器冷却至室温，将步骤(1)所得的产物取出，清洗干燥之后得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼。
9.进一步地，步骤(1)中，所述含硫前驱体包括硫化钠、硫脲、二苄基二硫和硫醇中的一种或多种。
10.进一步地，步骤(1)中，所述含钼前驱体包括钼酸铵、钼酸钠和四硫代钼酸铵中的一种或多种。
11.进一步地，步骤(1)中，所述含碳点前驱体包括乳酸、单宁酸、琥珀酸中的一种或多种。
12.进一步地，步骤(1)中，所述含硫前驱体的浓度为0.02～1.1mol/l，含钼前驱体的浓度为0.01～0.5mol/l，硒粉的浓度为0.01～1mol/l，含碳点前驱体的浓度为0.01～1mol/l。
13.进一步地，步骤(1)中，所述搅拌的速率为2500～10000r/min；所述水热处理的温度为120～200℃，时间为12～48h。
14.进一步地，步骤(2)中，所述干燥的温度为60～180℃，时间为6～24h。
15.进一步地，步骤(2)中，所述不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼中碳点修饰硒掺杂二硫化钼在不锈钢网上的负载量为0.05～0.1mg/cm2。
16.上述的制备方法制得的不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼。
17.上述的不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼在锂硫电池中的应用。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果：
19.(1)通过不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼作为催化剂，碳点加入，增加了催化剂的比表面积和导电性，从而使得电池循环稳定性和库伦效率提高；不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼作为硫的载体，多硫化锂被有效吸附-催化-转化，在催化剂-宿主双向刺激下加速锂硫电池氧化还原动力学，激发锂硫电池自身的容量，显著提高锂硫电池的库伦效率和循环稳定性能；
20.(2)常规方法是先制备碳点修饰硒粉，后与含硫前驱体、含钼前驱体混合进行水热反应，更容易控制碳点修饰比例，而本发明采用一步法将含硫前驱体、含钼前驱体、硒粉和含碳点前驱体混合后进行水热反应，通过控制水热反应的温度、时间和组分比例，得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼，不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼用于正极片，正极片用于锂硫电池，库伦效率高、循环稳定性好；另外，本发明还具有原料易得，制备过程简单快速且环境友好，有进一步推向产业化的巨大潜力。
附图说明
21.图1为本发明实施例1的xps图像；
22.图2为实施例4及对比例1锂硫电池的性能测试数据图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
24.实施例1
25.本实施例不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法，包括如下步骤：
26.(1)称取50ml去离子水分别加入硫脲、钼酸钠、硒粉和乳酸配制混合溶液，均匀搅拌后加入不锈钢网并转移至100ml高压反应器进行水热处理；其中，混合溶液中硫脲、钼酸钠、硒粉和乳酸的浓度为0.05mol/l、0.02mol/l、0.05mol/l和0.05mol/l；水热处理为加热至180℃反应24h；
27.(2)待高压反应器冷却至室温，将步骤(1)所得的产物取出，用乙醇清洗后80℃烘箱干燥24h，得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼；其中，碳点修饰硒掺杂二硫化钼在不锈钢网上的负载量为0.05mg/cm2。
28.实施例2
29.本实施例不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法，包括如下步骤：
30.(1)称取50ml去离子水分别加入硫脲、钼酸钠、硒粉和乳酸配制混合溶液，均匀搅拌后加入不锈钢网并转移至100ml高压反应器进行水热处理；其中，混合溶液中硫脲、钼酸
钠硒粉和乳酸的浓度为0.1mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l和0.1mol/l；水热处理为加热至200℃反应12h；
31.(2)待高压反应器冷却至室温，将步骤(1)所得的产物取出，用乙醇清洗后80℃烘箱干燥36h，得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼；其中，碳点修饰硒掺杂二硫化钼在不锈钢网上的负载量为0.1mg/cm2。
32.实施例3
33.本实施例不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法，包括如下步骤：
34.(1)称取50ml去离子水分别加入硫脲、钼酸钠、硒粉和乳酸配制混合溶液，均匀搅拌后加入不锈钢网并转移至100ml高压反应器进行水热处理；其中，混合溶液中硫脲、钼酸钠硒粉和乳酸的浓度为0.075mol/l、0.035mol/l、0.075mol/l和0.075mol/l；水热处理为加热至150℃反应36h；
35.(2)待高压反应器冷却至室温，将步骤(1)所得的产物取出，用乙醇清洗后80℃烘箱干燥24h，得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼；其中，碳点修饰硒掺杂二硫化钼在不锈钢网上的负载量为0.075mg/cm2。
36.实施例4
37.本实施例锂硫电池正极片的制备方法如下：将硫粉、碳粉以质量比为2:8混合后在300℃下加热24小时，得到s/c混合物；将s/c混合物涂布至实施例1～实施例3所得的不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼上，得到正极片。
38.本实施例锂硫电池，包括上述正极片。
39.对比例1
40.与实施例4的区别在于：
41.本对比例锂硫电池正极片的制备方法如下：将硫粉、碳粉以质量比为2:8混合后在300℃下加热24小时，得到s/c混合物；将s/c混合物涂布至不锈钢网上，得到正极片。
42.本对比例锂硫电池，包括上述正极片。
43.对实施例1中不锈钢网碳点修饰硒掺杂二硫化钼进行xps分析，结果如图1所示，从图1的左图、中图、右图可见，不锈钢网碳点修饰硒掺杂二硫化钼分别含有钼原子、硫原子、硒原子。
44.对实施例4与对比例1进行库伦效率、循环稳定性的分析，结果如图2所示，对比例1和实施例4的库伦效率分别为空心圆和空心框表示；对比例1和实施例4的循环稳定性分别为实心圆和实心框表示，从图2可见，循环100次，实施例4与对比例1相比，实施例4的电池容量显著高于对比例1，并且实施例4的库伦效率较高。循环稳定性的测试方法如下：采用电池测试仪测试；库伦效率按照循环伏安测试数据计算。

技术特征：
1.不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在去离子水中加入含硫前驱体、含钼前驱体、硒粉和含碳点前驱体配制成混合溶液，搅拌均匀加入不锈钢网并转移至高压反应器中进行水热处理；(2)待高压反应器冷却至室温，将步骤(1)所得的产物取出，清洗干燥之后得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含硫前驱体包括硫化钠、硫脲、二苄基二硫和硫醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含钼前驱体包括钼酸铵、钼酸钠和四硫代钼酸铵中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含碳点前驱体包括乳酸、单宁酸、琥珀酸中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含硫前驱体的浓度为0.05～0.1mol/l，含钼前驱体的浓度为0.02～0.05mol/l，硒粉的浓度为0.05～0.1mol/l，含碳点前驱体的浓度为0.05～0.1mol/l。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的速率为2500～10000r/min；所述水热处理的温度为150～200℃，时间为12～48h。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述干燥的温度为60～180℃，时间为6～24h。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼中碳点修饰硒掺杂二硫化钼在不锈钢网上的负载量为0.05～0.1mg/cm2。9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼。10.权利要求9所述的不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼在锂硫电池中的应用。

技术总结
本发明公开了不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼的制备方法和应用，属于锂硫电池技术领域。所述制备方法包括以下步骤：(1)在去离子水中加入含硫前驱体、含钼前驱体、硒粉和含碳点前驱体配制成混合溶液，搅拌均匀加入不锈钢网并转移至高压反应器中进行水热处理；(2)待高压反应器冷却至室温，将步骤(1)所得的产物取出，清洗干燥之后得到不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼，所述不锈钢网负载碳点修饰硒掺杂二硫化钼用于正极片，所述正极片用于锂硫电池，锂硫电池的循环稳定性和库伦效率显著提升。提升。提升。


技术研发人员：张莉芳 周金秋 樊冬娌 李同飞
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/9