[发明专利]一种球状S/C@MoO2复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种球状S/C@MoO₂复合材料及其制备方法和应用。该复合材料通过下述步骤制备：1)将磷钼酸与四丁基溴化铵反应得TBA₃PMo₁₂O₄₀；2)将SiO₂/C加入到甲苯溶液中；3)TBA₃PMo₁₂O₄₀溶解到乙腈溶液中，此混合溶液加入步骤2)中得SiO₂/C@TBA₃PMo₁₂O₄₀；4)产物高温煅烧得SiO₂/C@MoO₂；5)用HF刻蚀得C@MoO₂；6)将C@MoO₂与升华硫混合研磨进制得S/C@MoO₂复合材料。该复合材料可作为锂硫电池正极材料。本发明方法简单可行，成本较低；制备出的复合材料形貌均一，具有较高的比表面积和大孔容，具有提高电池的库伦效率与循环稳定性的效果。

技术领域

本发明属于化学电池领域，具体涉及一种球状S/C@MoO₂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭及其燃烧所带来的日益严重的环境问题，迫切需要寻找新型能源，同时手机、笔记本电脑、数码相机等便携式设备和电动汽车的快速发展，可多次充放电的二次电池得到了广泛应用。其中，出现于20世纪90年代的锂离子二次电池是目前世界上公认的新一代化学电源，已成功商品化并在便携式设备领域中飞速发展。但在电动汽车、航空航天和国防装备等领域，目前商品化锂离子二次电池受限于能量密度，已远不能满足技术发展的需求。因此，需要急切研究开发具有更高能量密度、更长循环寿命、低成本和环境友好等特征的新型化学电源。

其中以金属锂为负极，单质硫为正极材料的锂硫二次电池(简称锂硫电池)，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672mAh·g^-1和2600Wh/kg，目前锂硫电池的实际能量密度已达到390Wh/kg，远高于其他LiFeO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄等商业化的电极材料。

锂硫电池在放电过程中，单质硫被还原为S^-2的过程中会有多个中间态生成，其中Li₂Sn (4≤n≤8)易溶于有机电解液，从正极向负极扩散，随着放电的进行，最终在负极生成Li₂S沉积下来，而Li₂S不溶于有机电解液，造成锂硫电池循环性差、库仑效率低、自放电率高等问题，延缓了其实用化的步伐。

发明内容

本发明的目的在于首次提出一种制备成本低廉、制备方法简单、循环稳定性较好的新型的锂硫电池正极材料——球状C/S@MnO₂复合材料。

本发明所述的球状S/C@MoO₂复合材料，是通过下述步骤制备得到：

1)将磷钼酸(H₃Mo₁₂O₄₀P)与四丁基溴化铵(C₁₆H₃₆NBr)溶解到去离子水中，在磁力搅拌下，水浴反应0.5～1h，反应后抽滤得到黄色沉淀，然后烘干得到TBA₃PMo₁₂O₄₀。

2)将SiO₂/C加入到甲苯溶液中，磁力搅拌，静置。

3)将TBA₃PMo₁₂O₄₀溶解到乙腈溶液中，然后将此混合溶液加入到步骤2)中，室温下搅拌数分钟，静置，过滤，烘干，得到SiO₂/C@TBA₃PMo₁₂O₄₀。