硒碳复合电极材料的设计及其在锂硒电池和锂离子电池中的应用

• 作 者: 杨春鹏;叶欢;殷雅侠;郭玉国;
• 机 构: 中国科学院化学研究所,北京,100190
• 出 处: 中国化学会第29届学术年会
• 发表日期: 2014年期

　　单质硒，因其在电化学反应过程中的两电子反应机制和高的密度，具有很高的理论体积比容量，适应目前对电池体积限制严格的移动设备和混合动力汽车的发展需求。此外，硒作为半导体电导率较高，因此电化学活性好，利用率可接近100％，且能够实现快速的充放电过程。我们通过简单的熔融-扩散的方法，将硒负载在介孔碳内，当采用一种水溶性的粘结剂将其制成电极后，硒正极表现出稳定的单平台的电化学反应。借助半原位的拉曼分析等手段，我们观察到了电化学反应过程中，硒在介孔碳孔道中从环状Se8分子经过一次充放电过程后演变为链状Sen分子(图1)。由于链状分子具有更好的电化学活性，而且链状硒与碳基底有更强的相互作用，因此该硒正极拥有优异的循环稳定性、电化学活性和倍率性能。这种由限域硒分子组装的新型锂-硒电池及其特殊反应机制的发现，对于开发新型高比能储能器件具有重要意义。[1]在此基础上，我们进一步开发一种硒-介微孔碳复合材料，硒主要以链状形式存在。该硒碳材料不但有高的容量和稳定的循环性能，由于其电压特征与钛酸锂相近，还可以作为锂离子电池的安全的负极材料使用，而且比容量远高于钛酸锂。与三元正极材料匹配，得到稳定的锂离子全电池(图2)。