[發明專利]S@VxSy復合正極材料及其制備方法和鋰硫電池

有效

• 申請號: 202110286607.0
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113066979B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 王穎;張義永;戶秀瓊;侯冀岳;張斌偉;艾瑞;毛宇睿
• 申請（專利權）人: 攀枝花學院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/052;C01B17/02;C01G31/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 羅貴飛

本發明公開了一種S@V_xS_y復合正極材料及其制備方法和鋰硫電池，屬于電化學能源領域。S@V_xS_y復合正極材料包括復合粒子，復合粒子包括釩基體和非金屬碳材料，釩基體的前驅體分子式為VS₄，VS₄為六棱雪花片狀結構。S@V_xS_y復合正極材料的制備方法包括制備VS₄復合材料、制備V_xS_y復合正極材料、復硫等步驟。本發明設計的S@V_xS_y復合正極材料為多功能固硫載體，通過將常規的物理、化學吸附與催化固硫作用相結合，來提升鋰硫電池的固硫效果，抑制多硫化鋰的擴散、溶解穿梭，提高電池的容量和改善電池的循環壽命，有效解決了現有現有鋰硫電池固硫效果較差的問題。

技術領域

本發明屬于電化學能源領域，涉及一種S@V_xS_y復合正極材料及其制備方法和鋰硫電池。

背景技術

鋰離子電池是目前電化學儲能體系中最成熟和商業化應用極高的儲能體系之一，被廣泛地應用到3C數碼產品、大型儲能以及電動汽車等領域。然而，目前鋰離子電池無法滿足大規模儲能體系高能量密度和低成本的要求，也不能滿足電動汽車與燃油車相匹配的續航里程，即500km/次充電。因此，開發高能量密度、低成本、長壽命且環境友好的新一代儲能體系具有極其重要的意義。

相對于鋰離子電池正極材料，鋰硫電池不僅具有高理論比容量1675mAhg^-1、高能量密度 2600Whkg^-1，而且資源豐富、價格低廉、環境友好等優點而被認為是極具應用潛力的下一代儲能體系之一。然而，硫和放電產物Li₂S較差的導電性、硫電極在充放電過程中可溶性LiPSs 的“穿梭效應”以及體積膨脹效應導致的電池容量的不可逆衰減和低的庫倫效率。有效地抑制多硫化物的溶解穿梭，可以提高電池的容量和改善電池的循環壽命，對于促進鋰硫電池的商業化應用具有重要意義。

目前解決這一關鍵問題的有效途徑包括利用物理限域、化學限域和催化固硫等，但單一作用固硫效果有限，且固硫機制有待進一步研究。2014-2019年發表的2000篇研究論文中， 90％的研究論文通常會在電解液中添加LiNO₃，使其與金屬鋰負極反應，在鋰表面形成固態電解質界面層，阻擋擴散至負極的LiPSs與金屬鋰反應并完成充放電過程。盡管如此，在電解液中添加LiNO₃無法從根本上解決LiPSs的溶解-擴散問題。近年來，研究者發現在硫正極中加入具有催化能力的極性物質可以促進LiPSs向Li₂S的轉化，但這類物質通常難以兼具高的導電性及好的LiPSs錨定能力。

因此，如何抑制多硫化鋰擴散并實現硫正極優異的電化學性能是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有鋰硫電池固硫效果較差的問題。

本發明設計一種多功能固硫載體，通過將常規的物理、化學吸附與催化固硫作用相結合，來提升鋰硫電池的固硫效果，抑制多硫化鋰的擴散、溶解穿梭，提高電池的容量和改善電池的循環壽命。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是，提供S@V_xS_y復合正極材料，所述S@V_xS_y復合正極材料包括復合粒子，所述復合粒子包括釩基體和非金屬碳材料，釩基體與非金屬碳材料的質量比為3-8∶1，所述釩基體的前驅體分子式為VS₄，VS₄為六棱雪花片狀結構。

上述釩基體為V_xS_y，x值范圍為2-6，y值范圍為2-8。

上述非金屬碳材料為碳納米管、SuperP、石墨烯、葡萄糖、蔗糖中的至少一種。