[发明专利]一种碳化钨/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于锂硫电池技术领域，具体公开了一种碳化钨/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用。其制备方法具体步骤如下所示：将羧基化碳纳米管在水中分散均匀后，加入钨源继续混合均匀，然后加入聚乙烯亚胺分散液继续搅拌均匀得到混合液，再将混合液干燥后所得固体样品进行煅烧，得到碳化钨/碳纳米管复合材料。本发明在不高于1000℃下合成结晶性较好的碳化钨，操作经济、步骤简便，容易实现；碳化钨和碳纳米管的均匀复合，充分发挥碳化钨吸附多硫化物与碳纳米管的导电能力的协同作用，能有效限制多硫化物穿梭，提高锂硫电池性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，特别涉及一种碳化钨/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着便携式电子产品和新能源汽车的广泛应用，市场迫切需要大容量的储能材料，而目前最为常用的锂离子电池难以满足日益增长的续航里程要求。锂硫电池因其高的理论比容量(1675mAh/g)和高的比能量(2600Wh/kg)被认为是下一代储能器件的有力竞争者，但其大规模商业化应用依旧面临以下几个主要问题有：(1)硫和放电产物(Li₂S/Li₂S₂)的绝缘性；(2)放电过程的体积膨胀，容易导致电池结构的破坏；(3)可溶性聚硫中间体的穿梭效应。穿梭效应是指放电的高阶聚硫以自由扩散的方法穿过隔膜，然后由于在负极上接受电子而变成低阶聚硫和Li₂S/Li₂S₂的过程。聚硫穿梭效应是导致电池循环性能差的主要原因。

为了抑制聚硫的穿梭效应，科研工作者采用了不同种类的材料制备硫正极。如碳纳米管、碳纤维、多孔碳球、和石墨烯等碳材料，其具有聚硫吸附能力和良好的导电性而被广泛应用研究。然而碳材料的非极性导致其与聚硫之的结合力很弱，因而限制相应锂硫电池的性能。过渡金属氧化物，包括二氧化锰、二氧化钛等，是硫正极材料的另外一个选择，其与聚硫有强的作用力能够很好吸附聚硫；然后其较差的导电性降低了反应动力学，进而阻碍了相应锂硫电池性能的提升。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种碳化钨/碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的一种碳化钨/碳纳米管复合材料。

本发明再一目的在于提供上述碳化钨/碳纳米管复合材料在锂硫电池中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种碳化钨/碳纳米管复合材料的制备方法，具体步骤如下所示：

将羧基化碳纳米管在水中分散均匀后，加入钨源继续混合均匀，然后加入聚乙烯亚胺分散液继续搅拌均匀得到混合液，再将混合液干燥后所得固体样品进行煅烧，得到碳化钨/碳纳米管复合材料。

所述羧基化碳纳米管与水的质量体积比为0.1～0.5g：25mL；

所述钨源包括但不限于六氯化钨和钨酸钠中的至少一种；

所述聚乙烯亚胺分散液中聚乙烯亚胺的质量分数为1～100g/L。

所述羧基化碳纳米管、钨源和聚乙烯亚胺分散液的质量体积比为0.1～0.5g：0.05～0.1g：2mL；

所述煅烧在气氛炉中进行，煅烧温度为800～1000℃，升温速率为2～10℃每分钟；煅烧时间为1～2h。优选为在惰性气体和氮气下进行煅烧。

一种由上述方法得到的碳化钨/碳纳米管复合材料。

所述碳化钨/碳纳米管复合材料在锂硫电池中的应用。

一种由上述碳化钨/碳纳米管复合材料制备得到的锂硫电池正极，具体由以下方法制备得到：