[发明专利]一种纳米纤维状五氧化二铌/硫复合正极材料的制备方法

说明书

本发明为一种纳米纤维状五氧化二铌包覆硫‑锂硫电池正极材料的制备方法。该方法包括以下步骤：第一步静电纺丝溶液的制备；第二步纳米纤维状Nb₂O₅的制备，得到Nb₂O₅纳米纤维；第三步纳米Nb₂O₅/S复合正极材料的制备，将硫和所制得的Nb₂O₅纳米纤维混合后研磨，150～200℃保温12～24h，得到纳米Nb₂O₅/S复合材料。本发明反应效率高，制备工艺简单，得到的材料第五十次循环的充电和放电比容量分别达到了619.0和423.8mAg^‑1，表现出了较好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池正极材料制备领域，具体涉及一种纳米纤维状五氧化二铌/硫复合正极材料的制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池在便携式电子产品、电动汽车和即插式混合电动车中的广泛应用，迫切需要开发更高能量密度的电池。目前已商业化的锂离子电池理论比容量受自身理论容量的限制(理论比容量为300mAh/g)，显然不能满足需求，而新型锂硫电池的理论容量约为商业锂离子电池理论容量的五倍(理论比容量为1675mAh/g，比能量为2500Wh/kg)，被认为是最具有发展潜力的高能电池之一。然而，锂硫电池的应用仍存在几点关键性难题，其一，单质硫是电子和离子绝缘体，室温电导率低(5×10^-30S·cm^-1)，由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困难；其二，锂硫电池中活性物质硫材料本身和最终放电产物Li₂S是电子和离子的绝缘体，放电过程中的中间产物多硫化物易溶解于电解液中，这些会造成活性物质的不可逆损失和容量衰减；其三，硫和最终产物Li ₂S的密度不同，当硫被锂化后体积膨胀大约79％，易导致Li₂S的粉化，引起锂硫电池的安全问题。为此，如何抑制多硫化物的扩散、改善硫的分布状态以及提高硫正极循环过程中的导电性是硫基正极材料的研究重点。

现有技术中通常将硫颗粒与导电材料复合来解决上述问题，目前通常是将单质硫负载(装填、附着、混合、外延生长、包覆等)到具有高比表面积、高孔隙率及良好导电性能特征的材料中，形成复合正极材料，从而改善硫电极的导电性，和电池的循环性能。由于金属氧化物有比表面积大、吸附性强等优点，将金属氧化物与硫复合作为锂硫电池的正极材料能够有效抑制多硫化物的溶解。

Nb₂O₅有着较高的理论比容量(200mA·h·g^-1，约360F·g^-1)，较高的工作电位窗口(2V)，以及良好的循环性能，可以作为锂硫电池的电极材料。

发明内容

本发明的目的为针对当前锂硫电池正极活性物质存在的利用率低、倍率性能差以及循环寿命短的问题，提供一种纳米纤维状五氧化二铌包覆硫-锂硫电池正极材料的制备方法。该方法中，通过静电纺丝的方法制备五氧化二铌纤维前驱体，将前驱体干燥、煅烧处理后与硫复合，制成纳米纤维状金属氧化物五氧化二铌作为锂硫电池的正极材料该制备方法反应效率高，制备工艺简单。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米纤维状五氧化二铌/硫复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步静电纺丝溶液的制备

将乙醇铌和PVP加入到混合溶液中，密封搅拌24～48h，获得纺丝液；

其中，混合溶液由乙醇和乙酸混合而成，体积比为乙醇：乙酸＝2～5：0.5～2.5；质量比乙醇铌：PVP＝0.3～0.7：0.2～0.5；每2～5ml乙醇加0.3～0.7g乙醇铌；

第二步纳米纤维状Nb₂O₅的制备