[发明专利]多酸氧化物NVO在锂硫电池正极中的应用

说明书

本发明公开了一种多酸氧化物(POMs)——(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈]材料在锂硫电池正极材料中的应用。NVO团簇是二维片层堆积“玫瑰花”状材料，颗粒尺寸较小，在添加到锂硫电池正极中时能够更好地分散，同时二维片层的高比表面可以为反应提供更多的反应位点，二维片层堆积的空隙可以储存电解液，从而加快离子传输和固定多硫化物。材料中丰富的O元素可吸附多硫化锂中的锂离子，团簇中丰富的V易吸附多硫离子，这种“双吸附”作用能够有效地吸附多硫化锂，从而将多硫化锂固定于正极，抑制“飞梭效应”，显著提高锂硫电池的循环性能和寿命。综上所述，团簇NVO作为锂硫电池正极添加剂，在固定多硫化物，提高锂硫电池循环性能方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极用多酸氧化物(POMs)——(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈](NVO，M＝1014)材料及应用。

背景技术

在商业化的二次电池中，锂离子电池是目前能量密度最高的二次电池，但是基于“脱嵌”理论的锂离子电池，其理论比容量目前小于300mA h g^-1，实际能量密度小于200Whkg^-1，远不能满足人们对电动汽车500km续航的需求。锂硫电池作为一种新的电化学储能二次电池，在放电过程中，硫和金属锂发生两电子反应，可以放出很高的比容量(1675mAh g^-1)，理论比能量也高达2600Wh kg^-1，同时，活性物质硫具有资源丰富，成本低，低毒，环境友好等优点，因此，锂硫电池被认为是可替代锂离子电池的新型二次电池之一，快速发展。但是，循环性能差，倍率性能低阻碍着其实际应用。其原因在于：锂硫电池的电解液会和负极不断反应分解，金属锂负极不均匀的溶解和沉积形成锂枝晶会刺穿隔膜，引发安全问题；单质S及放电产物Li₂S导电性较差，且其密度差异引起的体积膨胀会破坏电极材料，此外还有放电中间产物溶于电解液，在充电过程中受电场力和浓度梯度的影响不断在正负极间穿梭而降低库仑效率。从正极入手可解决这三个方面的问题。正极材料多数以碳材料为主，通过碳材料的孔结构固定多硫化物，从而抑制飞梭效应，提高锂硫电池寿命和循环性能；近年来，部分极性材料，如MoS₂、TiO₂、Co₂O₃、VO₂等金属氧硫化物，因其电荷分布不均匀，可以有效化学吸附极性的多硫化锂而在锂硫电池中广泛应用。然而，材料颗粒较大，不易与单质硫均匀混合，化学吸附作用不强，严重影响其容量发挥和电池循环寿命，仍是亟需解决的难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于公开了一种锂硫电池正极用多酸氧化物(POMs)——(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈](NVO，M＝1014)材料及应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

所述的多酸氧化物NVO分子式为(NH₄)₃[H₃V₁₀O₂₈]，简写为NVO，是一种单晶片状材料，片层厚度约0.1-0.4μm，片层面积为1-5μm²，片层间相互堆积，形成粒径30-35μm的颗粒，材料富含氧原子和金属V原子，极性较大，制备简单。

所述正极的组成为：粘结剂、NVO、碳硫复合物和导电碳共混物，且粘结剂所占质量分数为5％-15％，NVO所占质量分数为5％-15％，碳硫复合物所占质量分数为55％-90％，导电碳所占质量分数为0％-15％。

所述粘结剂为有机系粘结剂或水系粘结剂：