[发明专利]一种负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫正极材料及其制备方法

说明书

一种负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫正极材料，由负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫复合材料、导电剂和粘结剂，按照质量比(6～8):(1～3):1混合而成，所述负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫复合材料为由负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨与硫混合熔融而成。所述负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨由负载多稀土盐的核壳结构的球型碳包覆氧化钨煅烧而成。所述核壳结构的球型碳包覆氧化钨由球型聚合物包覆的磷钨酸铵高温煅烧得到。本发明利用多种稀土氧化物、氧化钨与碳的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

本发明涉及一种负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫正极材料及其制备方法，属锂电池材料领域。

背景技术

全球化石能源供应紧张等问题一直制约着人类社会的快速发展。寻求可再生清洁能源满足社会的快速发展是迫在眉睫的难题。太阳能、风能等清洁能源需要转化为电化学能才能被人类有效使用，这些电化学能需要利用可靠性高、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来存贮。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。因为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，所以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。

目前，锂硫电池也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，本发明提出一种负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫正极材料。负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨结构和组成上具有多样性，能够进行可逆的、连续的多电子氧化还原，对电子和质子具有传输和储备能力，多种稀土氧化物、氧化钨与碳的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：

一种负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫正极材料，由负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫复合材料、导电剂和粘结剂，按照质量比(6～8):(1～3):1混合而成，所述负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫复合材料为由负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨与硫混合熔融而成。

优选地，所述负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨由负载多稀土盐的核壳结构的球型碳包覆氧化钨煅烧而成。

优选地，所述核壳结构的球型碳包覆氧化钨由球型聚合物包覆的磷钨酸铵高温煅烧得到。

优选地，所述负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨包含三种及以上的稀土氧化物。

一种负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨/硫正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)负载多稀土氧化物的核壳结构的球型碳包覆氧化钨：将聚合物表面包覆的磷钨酸铵在600-900℃条件下煅烧1-6小时，得到核壳结构的碳包覆氧化钨；将核壳结构的碳包覆氧化钨分散到含三种及以上的稀土无机盐溶液混合，超声0.1-0.5小时，并在在一定温度条件下，和搅拌一定时间，重复上述操作3-5次，反应完成后，冷却、洗涤、烘干，在500-600℃下煅烧2-8小时，得到负载多稀土氧化物的核壳结构的碳包覆氧化钨；