[发明专利]一种含金属硼化物的锂硫电池正极材料

说明书

本发明涉及一种含金属硼化物的锂硫电池正极材料。本发明属于电化学储能技术领域。一种含金属硼化物的锂硫电池正极材料，其特点是：含金属硼化物的锂硫电池正极材料含有金属硼化物颗粒。本发明利用金属硼化物具有较强的极性特点和催化转化功能，对锂硫电池充放电过程产生的多硫化物进行有效吸附和催化转化，抑制锂硫电池的“穿梭效应”，提高锂硫电池的循环性能和库伦效率，有助于推动锂硫电池的实用化。本发明具有复合方式简单，操作方便，易于大规模生产，具有很强的实用性，能有效提高锂硫电池循环寿命等优点。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，特别是涉及一种含金属硼化物的锂硫电池正极材料。

背景技术

在锂硫电池体系中，以金属锂为负极，单质硫为正极，理论比能量可达到2600Wh/kg，远大于现代商业化的锂离子电池。此外单质硫也具有价格低廉，环境友好的特性。因此，锂硫电池具有极高的商业应用潜力。但是锂硫电池也存在着诸多的问题，其中最主要的是由于单质硫不导电而导致的活性物质利用率低和“穿梭效应”导致的循环性差问题。产生“穿梭效应”的主要原因是单质硫在放电过程中产生大量的中间产物，即多硫化锂，而多硫化锂会溶解于电解液当中，溶解后产生的多硫负离子会扩散到负极金属锂的表面，与金属锂发生还原反应，并返回正极，再发生氧化反应，即“穿梭效应”。该效应不但降低锂硫电池的库伦效率，腐蚀金属锂负极，而且会在金属锂表面生成大量的绝缘性还原产物，导致电池的内阻增加。

针对以上问题，有研究者通过将单质硫负载到高比表面积的介孔碳材料中，通过介孔碳材料的物理吸附作用提升了锂硫电池的循环稳定性(Ji XL,et al.NatureMaterials,2009,8,500-506)；也有研究者利用极性物质对多硫化物的化学吸附作用抑制多硫化物向负极迁移，例如：在介孔碳中掺杂氮元素，提高碳材料的表面极性，从而提高锂硫电池的循环性能(Song JX et al.,Adv.Funct.Mater.,2014,24,1243-1250)。尽管如此，但上述介孔碳材料的制备方法及掺杂方法复杂且对多硫化物的吸附性不强，仍存在离实用化性能相差较远等问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种含金属硼化物的锂硫电池正极材料。

本发明的目的是提供一种具有复合方式简单，操作方便，易于大规模生产，具有很强的实用性，能有效提高锂硫电池循环寿命等特点的含金属硼化物的锂硫电池正极材料。

本专利提出采用非碳材料---金属硼化物作为单质硫的载体，利用金属硼化物的强化学吸附能力和催化转化能力提升锂硫电池正极材料的循环稳定性。

本发明解决锂硫电池中正极材料对反应中间产物吸附能力弱和催化转化能力低的问题，通过向正极材料中引入过渡金属硼化物颗粒，利用金属硼化物的强极性特点和催化转化功能，促进多硫化物的化学吸附和电化学催化转化。在此基础上，利用这一方法提升锂硫电池正极材料的容量和循环稳定性，促进锂硫电池的实用化。

本发明含金属硼化物的锂硫电池正极材料所采取的技术方案是：

一种含金属硼化物的锂硫电池正极材料，其特点是：含金属硼化物的锂硫电池正极材料含有金属硼化物颗粒。

本发明含金属硼化物的锂硫电池正极材料还可以采用如下技术方案：

所述的含金属硼化物的锂硫电池正极材料，其特点是：金属硼化物为二硼化钒、二硼化钼、二硼化锆、二硼化铬、二硼化铝、二硼化钨、二硼化铼、二硼化铌、二硼化钽、硼化铁中的一种或几种。

所述的含金属硼化物的锂硫电池正极材料，其特点是：金属硼化物颗粒的尺寸为1纳米至500微米。

所述的含金属硼化物的锂硫电池正极材料，其特点是：金属硼化物在正极材料中的质量百分比为1-50％。

本发明具有的优点和积极效果是：