[发明专利]钼酸铋/硫复合材料、其制备方法及锂硫电池

说明书

本发明提供了一种钼酸铋/硫复合材料、其制备方法及锂硫电池。该制备方法包括以下步骤：步骤S1，提供富氧空位的钼酸铋，其中富氧空位的钼酸铋的氧空位含量为1～10％；步骤S2，将富氧空位的钼酸铋和硫单质混合，并于惰性气体中进行煅烧，得到钼酸铋/硫复合材料。采用发明制备的钼酸铋/硫复合材料，能够从抑物理吸附、化学转化两方面减少多硫化物的溶出，并具有与单质硫的复合稳定性，综合这些因素使得该钼酸铋/硫复合材料应用于锂硫电池正极材料后能够显著改善电池的稳定性，从而改善电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，具体而言，涉及一种钼酸铋/硫复合材料、其制备方法及锂硫电池。

背景技术

近年来，开发新能源汽车成为应对环境恶化和化石能源匮乏的国家重大战略需求，但电动汽车对动力电池的能量密度要求比较严苛。限制于传统钴酸锂、锰酸锂等材料的比容量，目前锂离子电池难以满足国家对新能源汽车科技规划的需求，因此，寻求一种更高比容量的二次电池势在必行。

锂硫电池的理论比容量高达1675mAh/g，被认为是非常有发展前景的下一代高比能量的二次电池体系。然而，锂硫电池在实际应用中，因放电中间产物(多硫化锂)易溶于醚类电解液并穿过隔膜，会在正负极之间迁移，形成“穿梭效应”，进而易导致正极活性物质的不可逆损失、负极表面SEI膜破坏、电池寿命的衰减、低的库伦效率等问题，均会导致电池循环性能下降。因此，如何抑制多硫化物在电解液中的溶出在锂硫电池正极研究中至关重要。

通常解决多硫化物溶出问题的方法是在硫表面包覆高比表面积高导电率的介孔碳材料，因而限制多硫化物在电解液中的溶解和扩散。尽管这种方法能一定程度上提高硫的利用率并提高循环寿命，但是碳材料属于非极性分子，与多硫化锂之间的作用是物理作用，无法形成化学吸附，对多硫离子的溶出抑制的效果并不明显。

基于以上原因，提供一种能够有效抑制多硫化物溶出的正极活性物质，从而有效改善锂硫电池循环等性能，是锂硫电池研发过程中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钼酸铋/硫复合材料、其制备方法及锂硫电池，以解决现有技术中锂硫电池正极存在的多硫化物溶出导致的“穿梭效应”问题，进而改善锂硫电池的循环性能。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钼酸铋/硫复合材料的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1，提供富氧空位的钼酸铋，其中富氧空位的钼酸铋的氧空位含量为1～10％；步骤S2，将富氧空位的钼酸铋和硫单质混合，并于惰性气体中进行煅烧，得到钼酸铋/硫复合材料。

进一步地，富氧空位的钼酸铋的氧空位含量为1～4％。

进一步地，步骤S1包括：将可溶性铋盐、可溶性钼盐溶解于溶剂中，形成混合溶液；将混合溶液进行溶剂热反应，得到富氧空位的钼酸铋。

进一步地，可溶性铋盐和可溶性钼盐的摩尔比为(3～5):2。

进一步地，溶剂为沸点大于80℃的醇类溶剂，每升溶剂对应9～15g可溶性铋盐。

进一步地，混合溶液中还加入有表面活性剂，其中，每升溶剂中加入0.7～1.25g表面活性剂。

进一步地，步骤S2中，富氧空位的钼酸铋和硫单质之间的重量比为0.5:(1～4)。

进一步地，步骤S2中，煅烧过程的煅烧温度为150～180℃，煅烧过程的煅烧时间为12～24h。

根据本发明的另一方面，还提供了一种钼酸铋/硫复合材料，其由上述制备方法制备得到，其中，钼酸铋/硫复合材料为二维纳米片结构。

根据本发明的又一方面，还提供了一种锂硫电池，其正极包括集流体和位于集流体上的正极材料，正极材料包括活性物质、导电剂和粘结剂，其中，活性物质为上述钼酸铋/硫复合材料。