[发明专利]一种用于锂硫电池电极的W18

说明书

本发明公开了一种用于锂硫电池电极的W₁₈O₄₉纳米棒‑碳复合材料及其制备方法，制备方法以钨盐作为钨源，以季铵盐作为铵源，以儿茶酚胺作为碳源，与硫源配制溶液，采用水热合成法将W₁₈O₄₉以针状镶嵌在纳米碳内部，并在水热反应后进行退火处理，以去除复合材料中的杂质，提高复合材料纯度，本发明的制备方法采用水热合成法，具有工艺过程简单，成本较低的优点，制备的复合材料具有较高的容量和循环稳定性。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，涉及锂硫电池电极材料，具体涉及一种用于锂硫电池电极的W₁₈O₄₉纳米棒-碳复合材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池被认为是下一代储能装置最有前途的选择之一。然而，发展到目前为止，商用锂硫电池仍面临着一些棘手的问题，如S₈的绝缘性、S₈与Li₂S的氧化还原反应、多硫化锂(LiPSs)的溶解与穿梭、锂枝晶的形成等。其中，最紧迫的问题是如何缓解或解决LiPSs穿梭导致的一系列问题。

由于LiPSs在电解液中的溶解度高，与基质的范德华力结合较弱，LiPSs与Li₂S(或S₈)的动力学反应缓慢，难以阻止LiPSs的溶解。碳基材料宿主的结构设计可以在一定程度上减轻LiPSs的溶解量，但由于其与极性LiPSs的相互作用较弱，有效性仍然远远不够。仅碳基材料不能作为理想的基体，还需要对基体与硫的界面进行进一步的修饰。在碳基基体中复合功能材料的选择越来越多，如金属、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属碳化物以及一些非金属材料，以物理或化学吸附将LiPSs 结合或固定在宿主上。通过在本征结构中形成氧空位(OVs)进行缺陷工程设计，可以实现更强的锚定作用和更多的锚定位点。

亚化学计量组成形式(WO_x，2.6x3)的氧化钨族可通过构建缺陷结构来制备，将W₂₅O₇₃(WO_2.92)，W₅O₁₄(WO_2.8)，W₁₈O₄₉(WO_2.72)，W₃₂O₈₄(WO_2.625)等记为Magnéli 相。通过这种WO₆八面体共享边缘去除氧原子，WO_x晶格可以在相当程度上的保持缺氧，W⁵⁺物质部分被还原。其中，单斜相W₁₈O₄₉是具有最多氧缺陷，且唯一已知以纯态形式存在的钨氧化物。由有序的角/边共享WO₆框架连接的网格网络形成了三角、四边形和六边形隧道组成的开放结构。这种结构固有的间隙使W₁₈O₄₉成为Li⁺调节和扩散的良好宿主，特别是W₁₈O₄₉内在结构中氧空位数量最多。在本征结构中形成的氧空位(OVs)设计氧缺陷，可以实现更强的锚定作用和更灵活的锚定位点。此外， W₁₈O₄₉在方向上具有很强的各向异性生长行为，容易形成一维纳米结构，如纳米线、纳米棒、纳米带等。表面大量暴露的氧空位在一维结构中具有较大的面体积比，可以为LiPSs的捕获和相互作用提供丰富的活性位点，显示出稳定锂硫电池应用的巨大潜力。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于锂硫电池电极的W₁₈O₄₉纳米棒-碳复合材料及其制备方法，制备方法采用水热合成法，将纳米棒W₁₈O₄₉镶嵌到纳米碳材料中，工艺过程简单，制备的复合材料具有较高的容量和循环稳定性。