[发明专利]一种纳米管氮化钨/硫正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米管氮化钨/硫正极材料及其制备方法，所述纳米管氮化钨/硫正极材料由纳米管氮化钨与硫混合熔融而成。所述纳米管氮化钨直径为1‑6纳米，长度为20‑150纳米。所述纳米管氮化钨由纳米管W₁₈O₄₉与氮源煅烧反应而成。本发明利用纳米管氮化钨的一维纳米管结构，有利于电子的传输，以及氮化钨本身具有类贵金属催化性质，协同作用为硫正极材料的充放电循环过程提供稳定的结构特性。

技术领域

本发明涉及一种纳米管氮化钨/硫正极材料及其制备方法，属锂电池材料领域。

背景技术

可靠性高、价格低廉、存储容量大以及环境相对友好的电化学储能装置对于人类社会的快速发展具有重要意义。特别是近年来，电动汽车、便携式电子设备等产业的迅猛发展也对二次电池能量密度提出了更高的要求。锂硫电池是一种具有高能量密度的电池体系，其理论能量密度高达2600Wh/Kg，远高于现有的锂离子电池体系。单质硫具有理论比容量高（1675mAh/g）、价格低、储量丰富、环境相对友好等优点，因此，锂硫电池也成为了电池研究领域的热点。通常，锂硫电池采用单质硫或硫基复合材料作为正极，金属锂作为负极。虽然锂硫电池研发由来已久，科学家做了很多改进。然而，目前，锂硫电池还存在着一些固有缺陷问题：1）单质硫在室温下为电子和离子的绝缘体，单质硫的绝缘性会导致硫活性物质利用率低、倍率性能差；2）在充放电过程中，电池内部生成易溶于电解液的多硫化锂，形成所谓的“穿梭效应”，“穿梭效应”会导致硫活性物质的不可逆损失、电化学可逆性差以及容量衰减快等现象，从而导致电池循环寿命短。

发明内容

为了解决锂硫电池存在的一些固有缺陷问题，本发明提出一种纳米管氮化钨/硫正极材料及其制备方法。氮化钨是一种新型的催化材料，其表面性质和催化性能类似于贵金属，在酸性和碱性环境中都相对稳定，被广泛应用于各个领域。纳米管氮化钨具有一维纳米管结构，有利于电子的传输，氮化钨本身具有类贵金属催化性质，协同作用为硫正极材料的充放电循环过程提供稳定的结构特性。

本发明采用的技术方案如下：一种纳米管氮化钨/硫正极材料，所述纳米管氮化钨/硫材料为纳米管氮化钨与硫混合熔融而成。

进一步优选，所述纳米管氮化钨直径为1-6纳米，长度为20-150纳米。

进一步优选，所述纳米管氮化钨由纳米管W₁₈O₄₉与氮源煅烧反应而成。

本发明还提供了一种纳米管氮化钨/硫正极材料的制备方法，将纳米管氮化钨与硫单质混合，采用熔融法将单质硫扩散到纳米管氮化钨表面，形成纳米管氮化钨/硫复合材料。

进一步优选，纳米管氮化钨的制备过程为：将纳米管W₁₈O₄₉与一定量的氮源放置与管式炉，在600-700℃条件下，反应1-4小时，得到纳米管氮化钨。

进一步优选，纳米管W₁₈O₄₉的制备过程为：将无水钨酸与适量有机溶剂混合，搅拌一定时间，在200-240℃条件下，烘箱中反应12-24小时，反应完成后，冷却、洗涤、烘干，在360-400℃条件下煅烧1-2小时，得到纳米管W₁₈O₄₉。

进一步优选，所述有机溶剂为油胺和甲醇、乙醇、异丙醇、苯甲醇的其中两种及以上的混合物。

进一步优选，所述氮源为尿素、三聚氰胺中的一种或者两种混合物。

本发明还提供了一种纳米管氮化钨/硫电极的制备方法，将纳米管氮化钨/硫正极材料、导电剂、粘结剂分散到溶剂中，搅拌均匀，形成浆料，涂覆到集流体上，烘干后，切片。

本发明还提供了一种锂硫电池，其正极采用上述的纳米管氮化钨/硫电极的制备方法制作。