[發明專利]一種氮摻雜多孔碳包覆V2

在審

• 申請號: 202010338314.8
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN111509229A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 高慎所
• 申請（專利權）人: 高慎所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰硫電池正極材料技術領域，且公開了一種氮摻雜多孔碳包覆V₂O₃的鋰硫電池正極材料，包括以下配方原料及組分：多孔V₂O₃空心微球、對苯二胺、乙醛、升華硫。該一種氮摻雜多孔碳包覆V₂O₃的鋰硫電池正極材料，多孔V₂O₃空心微球比表面積非常大，孔隙結構豐富，對鋰多硫化物具有很強的吸附能力，有效抑制了穿梭效應，氮摻雜多孔碳包覆納米V₂O₃，多孔碳可以充分將升華硫吸附到大量的孔道結構中，為硫正極材料在充放電過程中的體積膨脹，提供了體積應變緩沖，氮摻雜多孔碳具有優異的導電性能，導電型金屬氧化物V₂O₃，與升華硫三者之間形成三維導電網絡，有利于電子和鋰離子的傳輸和擴散，增強鋰電池的倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池正極材料技術領域，具體為一種氮摻雜多孔碳包覆V₂O₃的鋰硫電池正極材料及其制法。

背景技術

鋰硫電池是鋰電池的一種，是以硫元素作為電池正極材料，金屬鋰作為負極材料，鋰硫電池放電時，負極反應中鋰失去電子變為鋰離子，正極反應中硫與鋰離子和電子反應生成鋰多硫化合物，正極和負極反應產生的電勢差為鋰硫電池提供的放電電壓，在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負極反應可逆進行，完成充電過程，但是硫是不導電的物質，具有超高的理論比容量和電池理論比能量，并且硫是一種對環境友好的元素，污染很小，是一種非常有應用前景的鋰電池。

但是目前的鋰硫電池正極材料，由于硫為不導電物質，導致正極材料的導電性能很差，大大影響了鋰電池的倍率性能，并且正極反應產生的鋰多硫化合物很容易溶于電解液，導致活性硫物質不可逆的損耗，降低了鋰硫電池的實際比容量，同時硫正極材料在充放電過程中，容易發生體積膨脹和縮小，會影響正極材料的形貌和結構，導致活性硫的損耗，造成電池容量衰減和降低電池的電化學循環穩定性能。

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種氮摻雜多孔碳包覆V₂O₃的鋰硫電池正極材料及其制法，解決鋰硫電池正極材料導電性能很差，并且容易發生體積膨脹的現象，同時解決了正極反應產生的鋰多硫化合物很容易溶于電解液，發生穿梭效應的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種氮摻雜多孔碳包覆V₂O₃的鋰硫電池正極材料，包括以下按重量份數計的配方原料及組分：12-20份多孔V₂O₃空心微球、8-15份對苯二胺、5-10份乙醛、55-75份升華硫。

優選的，所述多孔V₂O₃空心微球制備方法如下：

(1)向聚四氟乙烯反應釜中加入蒸餾水和葡萄糖，攪拌溶解后置于反應釜加熱箱中，加熱至170-190℃，反應10-18h，將溶液冷卻至室溫，過濾除去溶劑，使用蒸餾水和乙醇洗滌固體產物，并充分干燥，制備得到碳納米微球；

(2)向反應瓶中加入蒸餾水和碳納米微球，超聲分散均勻后加入NH₄VO₃，攪拌溶解后將溶液轉移進聚四氟乙烯反應釜，并置于反應釜加熱箱中，加熱至170-200℃，反應20-30h，將溶液冷卻至室溫，過濾除去溶劑，使用蒸餾水和乙醇洗滌固體產物，并充分干燥，固體產物置于氣氛電阻爐中，升溫速率為3-8℃/min，升溫至400-440℃，保溫煅燒3-5h，煅燒產物即為多孔V₂O₅空心微球；