[發明專利]鉬酸鉍/硫復合材料、其制備方法及鋰硫電池

在審

• 申請號: 202110470101.5
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113206233A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 曾姍姍;安黎;張帥峰;張耀
• 申請（專利權）人: 欣旺達電動汽車電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M10/052
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 白雪

本發明提供了一種鉬酸鉍/硫復合材料、其制備方法及鋰硫電池。該制備方法包括以下步驟：步驟S1，提供富氧空位的鉬酸鉍，其中富氧空位的鉬酸鉍的氧空位含量為1～10％；步驟S2，將富氧空位的鉬酸鉍和硫單質混合，并于惰性氣體中進行煅燒，得到鉬酸鉍/硫復合材料。采用發明制備的鉬酸鉍/硫復合材料，能夠從抑物理吸附、化學轉化兩方面減少多硫化物的溶出，并具有與單質硫的復合穩定性，綜合這些因素使得該鉬酸鉍/硫復合材料應用于鋰硫電池正極材料后能夠顯著改善電池的穩定性，從而改善電池的循環性能。

技術領域

本發明涉及能源材料技術領域，具體而言，涉及一種鉬酸鉍/硫復合材料、其制備方法及鋰硫電池。

背景技術

近年來，開發新能源汽車成為應對環境惡化和化石能源匱乏的國家重大戰略需求，但電動汽車對動力電池的能量密度要求比較嚴苛。限制于傳統鈷酸鋰、錳酸鋰等材料的比容量，目前鋰離子電池難以滿足國家對新能源汽車科技規劃的需求，因此，尋求一種更高比容量的二次電池勢在必行。

鋰硫電池的理論比容量高達1675mAh/g，被認為是非常有發展前景的下一代高比能量的二次電池體系。然而，鋰硫電池在實際應用中，因放電中間產物(多硫化鋰)易溶于醚類電解液并穿過隔膜，會在正負極之間遷移，形成“穿梭效應”，進而易導致正極活性物質的不可逆損失、負極表面SEI膜破壞、電池壽命的衰減、低的庫倫效率等問題，均會導致電池循環性能下降。因此，如何抑制多硫化物在電解液中的溶出在鋰硫電池正極研究中至關重要。

通常解決多硫化物溶出問題的方法是在硫表面包覆高比表面積高導電率的介孔碳材料，因而限制多硫化物在電解液中的溶解和擴散。盡管這種方法能一定程度上提高硫的利用率并提高循環壽命，但是碳材料屬于非極性分子，與多硫化鋰之間的作用是物理作用，無法形成化學吸附，對多硫離子的溶出抑制的效果并不明顯。

基于以上原因，提供一種能夠有效抑制多硫化物溶出的正極活性物質，從而有效改善鋰硫電池循環等性能，是鋰硫電池研發過程中亟需解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鉬酸鉍/硫復合材料、其制備方法及鋰硫電池，以解決現有技術中鋰硫電池正極存在的多硫化物溶出導致的“穿梭效應”問題，進而改善鋰硫電池的循環性能。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種鉬酸鉍/硫復合材料的制備方法，其包括以下步驟：步驟S1，提供富氧空位的鉬酸鉍，其中富氧空位的鉬酸鉍的氧空位含量為1～10％；步驟S2，將富氧空位的鉬酸鉍和硫單質混合，并于惰性氣體中進行煅燒，得到鉬酸鉍/硫復合材料。

進一步地，富氧空位的鉬酸鉍的氧空位含量為1～4％。

進一步地，步驟S1包括：將可溶性鉍鹽、可溶性鉬鹽溶解于溶劑中，形成混合溶液；將混合溶液進行溶劑熱反應，得到富氧空位的鉬酸鉍。

進一步地，可溶性鉍鹽和可溶性鉬鹽的摩爾比為(3～5):2。

進一步地，溶劑為沸點大于80℃的醇類溶劑，每升溶劑對應9～15g可溶性鉍鹽。

進一步地，混合溶液中還加入有表面活性劑，其中，每升溶劑中加入0.7～1.25g表面活性劑。

進一步地，步驟S2中，富氧空位的鉬酸鉍和硫單質之間的重量比為0.5:(1～4)。

進一步地，步驟S2中，煅燒過程的煅燒溫度為150～180℃，煅燒過程的煅燒時間為12～24h。

根據本發明的另一方面，還提供了一種鉬酸鉍/硫復合材料，其由上述制備方法制備得到，其中，鉬酸鉍/硫復合材料為二維納米片結構。

根據本發明的又一方面，還提供了一種鋰硫電池，其正極包括集流體和位于集流體上的正極材料，正極材料包括活性物質、導電劑和粘結劑，其中，活性物質為上述鉬酸鉍/硫復合材料。