[發(fā)明專利]一種納米纖維狀五氧化二鈮/硫復(fù)合正極材料的制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201711448285.5 | 申請(qǐng)日： | 2017-12-27 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN108172796A | 公開（公告）日： | 2018-06-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 張永光;釗妍;王新 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 肇慶市華師大光電產(chǎn)業(yè)研究院 |
| 主分類號(hào)： | H01M4/36 | 分類號(hào)： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M10/052;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210 | 代理人： | 趙鳳英 |
| 地址： | 526238 廣東*** | 國(guó)省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 制備 納米纖維狀 復(fù)合正極材料 五氧化二鈮 納米纖維 靜電紡絲溶液 鋰硫電池正極 充電和放電 電化學(xué)性能 反應(yīng)效率 制備工藝 研磨 復(fù)合材料 比容量 次循環(huán) 包覆 保溫 表現(xiàn) | ||
本發(fā)明為一種納米纖維狀五氧化二鈮包覆硫?鋰硫電池正極材料的制備方法。該方法包括以下步驟：第一步靜電紡絲溶液的制備；第二步納米纖維狀Nb2O5的制備，得到Nb2O5納米纖維；第三步納米Nb2O5/S復(fù)合正極材料的制備，將硫和所制得的Nb2O5納米纖維混合后研磨，150～200℃保溫12～24h，得到納米Nb2O5/S復(fù)合材料。本發(fā)明反應(yīng)效率高，制備工藝簡(jiǎn)單，得到的材料第五十次循環(huán)的充電和放電比容量分別達(dá)到了619.0和423.8mAg?1，表現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋰硫電池正極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種納米纖維狀五氧化二鈮/硫復(fù)合正極材料的制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
隨著鋰離子電池在便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和即插式混合電動(dòng)車中的廣泛應(yīng)用，迫切需要開發(fā)更高能量密度的電池。目前已商業(yè)化的鋰離子電池理論比容量受自身理論容量的限制(理論比容量為300mAh/g)，顯然不能滿足需求，而新型鋰硫電池的理論容量約為商業(yè)鋰離子電池理論容量的五倍(理論比容量為1675mAh/g，比能量為2500Wh/kg)，被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ母吣茈姵刂?。然而，鋰硫電池的?yīng)用仍存在幾點(diǎn)關(guān)鍵性難題，其一，單質(zhì)硫是電子和離子絕緣體，室溫電導(dǎo)率低(5×10-30S·cm-1)，由于沒有離子態(tài)的硫存在，因而作為正極材料活化困難；其二，鋰硫電池中活性物質(zhì)硫材料本身和最終放電產(chǎn)物L(fēng)i2S是電子和離子的絕緣體，放電過(guò)程中的中間產(chǎn)物多硫化物易溶解于電解液中，這些會(huì)造成活性物質(zhì)的不可逆損失和容量衰減；其三，硫和最終產(chǎn)物L(fēng)i 2S的密度不同，當(dāng)硫被鋰化后體積膨脹大約79％，易導(dǎo)致Li2S的粉化，引起鋰硫電池的安全問題。為此，如何抑制多硫化物的擴(kuò)散、改善硫的分布狀態(tài)以及提高硫正極循環(huán)過(guò)程中的導(dǎo)電性是硫基正極材料的研究重點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)中通常將硫顆粒與導(dǎo)電材料復(fù)合來(lái)解決上述問題，目前通常是將單質(zhì)硫負(fù)載(裝填、附著、混合、外延生長(zhǎng)、包覆等)到具有高比表面積、高孔隙率及良好導(dǎo)電性能特征的材料中，形成復(fù)合正極材料，從而改善硫電極的導(dǎo)電性，和電池的循環(huán)性能。由于金屬氧化物有比表面積大、吸附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將金屬氧化物與硫復(fù)合作為鋰硫電池的正極材料能夠有效抑制多硫化物的溶解。
Nb2O5有著較高的理論比容量(200mA·h·g-1，約360F·g-1)，較高的工作電位窗口(2V)，以及良好的循環(huán)性能，可以作為鋰硫電池的電極材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為針對(duì)當(dāng)前鋰硫電池正極活性物質(zhì)存在的利用率低、倍率性能差以及循環(huán)壽命短的問題，提供一種納米纖維狀五氧化二鈮包覆硫-鋰硫電池正極材料的制備方法。該方法中，通過(guò)靜電紡絲的方法制備五氧化二鈮纖維前驅(qū)體，將前驅(qū)體干燥、煅燒處理后與硫復(fù)合，制成納米纖維狀金屬氧化物五氧化二鈮作為鋰硫電池的正極材料該制備方法反應(yīng)效率高，制備工藝簡(jiǎn)單。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種納米纖維狀五氧化二鈮/硫復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：
第一步靜電紡絲溶液的制備
將乙醇鈮和PVP加入到混合溶液中，密封攪拌24～48h，獲得紡絲液；
其中，混合溶液由乙醇和乙酸混合而成，體積比為乙醇：乙酸＝2～5：0.5～2.5；質(zhì)量比乙醇鈮：PVP＝0.3～0.7：0.2～0.5；每2～5ml乙醇加0.3～0.7g乙醇鈮；
第二步納米纖維狀Nb2O5的制備
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