[發(fā)明專利]多酸氧化物NVO在鋰硫電池正極中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910933521.5
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN112582611B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張洪章;李先鋒;于瀅;張華民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明公開了一種多酸氧化物(POMs)——(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈]材料在鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用。NVO團(tuán)簇是二維片層堆積“玫瑰花”狀材料，顆粒尺寸較小，在添加到鋰硫電池正極中時(shí)能夠更好地分散，同時(shí)二維片層的高比表面可以為反應(yīng)提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)，二維片層堆積的空隙可以儲(chǔ)存電解液，從而加快離子傳輸和固定多硫化物。材料中豐富的O元素可吸附多硫化鋰中的鋰離子，團(tuán)簇中豐富的V易吸附多硫離子，這種“雙吸附”作用能夠有效地吸附多硫化鋰，從而將多硫化鋰固定于正極，抑制“飛梭效應(yīng)”，顯著提高鋰硫電池的循環(huán)性能和壽命。綜上所述，團(tuán)簇NVO作為鋰硫電池正極添加劑，在固定多硫化物，提高鋰硫電池循環(huán)性能方面具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池正極用多酸氧化物(POMs)——(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈](NVO，M＝1014)材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)

在商業(yè)化的二次電池中，鋰離子電池是目前能量密度最高的二次電池，但是基于“脫嵌”理論的鋰離子電池，其理論比容量目前小于300mA h g^-1，實(shí)際能量密度小于200Whkg^-1，遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)電動(dòng)汽車500km續(xù)航的需求。鋰硫電池作為一種新的電化學(xué)儲(chǔ)能二次電池，在放電過程中，硫和金屬鋰發(fā)生兩電子反應(yīng)，可以放出很高的比容量(1675mAh g^-1)，理論比能量也高達(dá)2600Wh kg^-1，同時(shí)，活性物質(zhì)硫具有資源豐富，成本低，低毒，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因此，鋰硫電池被認(rèn)為是可替代鋰離子電池的新型二次電池之一，快速發(fā)展。但是，循環(huán)性能差，倍率性能低阻礙著其實(shí)際應(yīng)用。其原因在于：鋰硫電池的電解液會(huì)和負(fù)極不斷反應(yīng)分解，金屬鋰負(fù)極不均勻的溶解和沉積形成鋰枝晶會(huì)刺穿隔膜，引發(fā)安全問題；單質(zhì)S及放電產(chǎn)物L(fēng)i₂S導(dǎo)電性較差，且其密度差異引起的體積膨脹會(huì)破壞電極材料，此外還有放電中間產(chǎn)物溶于電解液，在充電過程中受電場力和濃度梯度的影響不斷在正負(fù)極間穿梭而降低庫侖效率。從正極入手可解決這三個(gè)方面的問題。正極材料多數(shù)以碳材料為主，通過碳材料的孔結(jié)構(gòu)固定多硫化物，從而抑制飛梭效應(yīng)，提高鋰硫電池壽命和循環(huán)性能；近年來，部分極性材料，如MoS₂、TiO₂、Co₂O₃、VO₂等金屬氧硫化物，因其電荷分布不均勻，可以有效化學(xué)吸附極性的多硫化鋰而在鋰硫電池中廣泛應(yīng)用。然而，材料顆粒較大，不易與單質(zhì)硫均勻混合，化學(xué)吸附作用不強(qiáng)，嚴(yán)重影響其容量發(fā)揮和電池循環(huán)壽命，仍是亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的在于公開了一種鋰硫電池正極用多酸氧化物(POMs)——(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈](NVO，M＝1014)材料及應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

所述的多酸氧化物NVO分子式為(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈]，簡寫為NVO，是一種單晶片狀材料，片層厚度約0.1-0.4μm，片層面積為1-5μm²，片層間相互堆積，形成粒徑30-35μm的顆粒，材料富含氧原子和金屬V原子，極性較大，制備簡單。

所述正極的組成為：粘結(jié)劑、NVO、碳硫復(fù)合物和導(dǎo)電碳共混物，且粘結(jié)劑所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％-15％，NVO所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％-15％，碳硫復(fù)合物所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55％-90％，導(dǎo)電碳所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0％-15％。

所述粘結(jié)劑為有機(jī)系粘結(jié)劑或水系粘結(jié)劑：