一种复合材料及其制备方法与应用技术

一种复合材料及其制备方法与应用，属于锂硫电池技术领域。所述复合材料的结构由内至外依次由XMoO

A composite material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于锂硫电池
，具体涉及一种复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
锂硫电池包括含有电活性硫的正极，含锂的负极，电解液和隔膜。锂硫电池理论比能量高达2600Wh/kg，实际比能量高于目前的商用锂离子电池。这一在比能量上面的显著优势，使得锂硫电池在特种电源，电动汽车以及高空飞行器等方面有广泛的潜在应用。锂硫电池的正极材料，是锂硫电池的关键技术。金属氧化物和硫化物是重要的硫的载体材料(Adv.Mater.2017,29,1601759)。比如，采用水热法制备得到的VS2/S复合材料，循环性能得到了有效改善(CN108963257A)。然而，钒是一种容易对环境产生严重污染的元素，如果大量用于电池材料，将对环境产生不好的影响。以铬皮为原料，得到Cr2O3/C复合材料，再和硫进行复合，得到锂硫电池正极材料(CN108666536A)。然而，铬是一种对环境污染较为严重的一种元素，如果大量用于电池材料，将对环境产生不好的影响。因此，为了获得高性能的锂硫电池，新的锂硫电池正极材料及其制备方法亟待开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有锂硫电池硫载体易污染环境，急需一种环境友好的正极材料的问题，提供一种复合材料及其制备方法与应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种复合材料，所述复合材料的结构由内至外依次由XMoO4层、YMoO4层、ZMoO4层组成，X、Y、Z均为二价过渡金属离子，选自Fe，Co，Ni，Cu，Mn，Zn，Mg，Ca，Ba中的任意一种，彼此之间互不相同；所述XMoO4层、YMoO4层、ZMoO4层的质量百分比分别为a％，b％，c％，a≥b≥c，a+b+c＝100。一种上述复合材料的应用，所述复合材料应用于锂硫电池正极材料中。一种上述的复合材料的制备方法，所述方法为：S1：将MoO42-水溶液在60～90℃温度下搅拌，加入X2+的水溶液，搅拌6～72h；S2：向(1)的分散液中加入Y2+的水溶液，调节到60～200℃，搅拌6～72h；S3：向(2)得到的分散液中加入Z2+的水溶液，调节到60～200℃，搅拌6～72h；S4：收集固体产物，用去离子水洗涤，将固体产物60～100℃真空烘干。一种复合材料，所述复合材料的结构由内至外依次由X-Mo-S层、Y-Mo-S层、Z-Mo-S层组成，X、Y、Z均为二价过渡金属离子，选自Fe，Co，Ni，Cu，Mn，Zn，Mg，Ca，Ba中的任意一种，彼此之间互不相同；所述X-Mo-S层、Y-Mo-S层、Z-Mo-S层的质量百分比分别为a％，b％，c％，a≥b≥c，a+b+c＝100。一种上述复合材料的应用，所述复合材料应用于锂硫电池正极材料中。一种上述的复合材料的制备方法，所述方法为：S1：将MoO42-水溶液在60～90℃温度下搅拌，加入X2+的水溶液，搅拌6～72h；S2：向(1)的分散液中加入Y2+的水溶液，调节到60～200℃，搅拌6～72h；S3：向(2)得到的分散液中加入Z2+的水溶液，调节到60～200℃，搅拌6～72h；S4：收集固体产物，用去离子水洗涤，将固体产物60～100℃真空烘干。S5：将固体产物通过CVD方法与硫蒸汽进行反应，即得到复合材料。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：(1)相对于传统的碳材料作为硫的载体材料，本专利技术的复合材料作为载体与硫进行复合，得到的材料具有更高的振实密度，有利于提高锂硫电池的体积能量密度。(2)本专利技术的复合材料具有丰富的极性键，每种材料的四种金属成分都和氧或者硫成键，并且每种极性键因为金属元素的不同，极性大小不同，与锂硫电池的电化学反应中间产物多硫离子吸附作用强度也不同，因此通过搭配作用，可以最大程度实现多硫离子吸附，得到具有长循环性能的锂硫电池。(3)本专利技术的复合材料具有梯度结构，在与硫复合时，内层含有最多的硫，外层含有最少的硫，实现多硫离子的梯度截留，有利于实现高容量和长循环。附图说明图1为复合材料XMoO4@YMoO4@ZMoO4的结构示意图；图2为复合材料X-Mo-S@Y-Mo-S@Z-Mo-S的结构示意图；图3为复合材料XMoO4@YMoO4@ZMoO4和硫复合的结构示意图；图4为复合材料X-Mo-S@Y-Mo-S@Z-Mo-S和硫复合的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。下述说明中所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可商购获得，所涉及的试剂也可通过常规合成方法合成获得。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种复合材料，所述复合材料的结构由内至外依次由XMoO4层、YMoO4层、ZMoO4层组成，X、Y、Z均为二价过渡金属离子，选自Fe，Co，Ni，Cu，Mn，Zn，Mg，Ca，Ba中的任意一种，彼此之间互不相同；所述XMoO4层、YMoO4层、ZMoO4层的质量百分比分别为a％，b％，c％，a≥b≥c，a+b+c＝100，即百分比从内到外依次梯度降低，即质量排序为XMoO4≥YMoO4≥ZMoO4。如图1所示，可以看出复合材料表现的是层层包裹的材料形态。本专利技术的复合材料具有丰富的极性键，X、Y、Z和Mo四种金属元素都和氧成键，并且每种极性键因为金属元素的不同，极性大小不同，与锂硫电池的电化学反应中间产物多硫离子吸附作用强度也不同，因此通过搭配作用，可以最大程度实现多硫离子吸附，得到长循环性能的锂硫电池。三种组分含量从内到外呈梯度降低，这样在和硫复合时，可以使内层的硫含量最高，外层的硫含量最低。复合材料和硫复合作为锂硫电池正极时，在发生电化学反应时，内层形成的多硫离子，如果要往外扩散，先需要脱离XMoO4的吸附，扩散到中间层YMoO4，之后需要再脱离YMoO4的吸附，再扩散到最外层ZMoO4，之后需要再脱离ZMoO4的吸附，再扩散到电解液主体中，造成多硫离子的损失，以致容量损失和电池循环寿命降低。在外层ZMoO4形成的多硫离子，只需要脱离外层ZMoO4的吸附，就能够扩散到主体电解液中，造成容量损失。因此，该梯度结构，可以在内层容纳最多的硫，外层的硫最少，这样有利于高容量和长循环的电化学性能。具体实施方式二：一种具体实施方式一所述复合材料的应用，所述复合材料应用于锂硫电池正极材料中。具体地，将复合材料XMoO4@YMoO4@ZMoO4和硫复合，之后和粘结剂、溶剂以及导电剂混合制备浆料，涂布在集流体上，烘干，制作得到极片，然后组装成锂硫电池。具体实施方式三：一种具体实施方式一所述的复合材料的制备方法，所述方法为：S1：将MoO42-水溶液在60～90℃温度下搅拌，加入X2+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料，其特征在于：所述复合材料的结构由内至外依次由XMoO

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于：所述复合材料的结构由内至外依次由XMoO4层、YMoO4层、ZMoO4层组成，X、Y、Z均为二价过渡金属离子，选自Fe，Co，Ni，Cu，Mn，Zn，Mg，Ca，Ba中的任意一种，彼此之间互不相同；所述XMoO4层、YMoO4层、ZMoO4层的质量百分比分别为a％，b％，c％，a≥b≥c，a+b+c＝100。


2.一种权利要求1所述复合材料的应用，其特征在于：所述复合材料应用于锂硫电池正极材料中。


3.一种权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法为：
S1：将MoO42-水溶液在60～90℃温度下搅拌，加入X2+的水溶液，搅拌6～72h；
S2：向(1)的分散液中加入Y2+的水溶液，调节到60～200℃，搅拌6～72h；
S3：向(2)得到的分散液中加入Z2+的水溶液，调节到60～200℃，搅拌6～72h；
S4：收集固体产物，用去离子水洗涤，将固体产物60～100℃真空烘干。


4.根据权利要求3所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述MoO42-水溶液、X2+的水溶液、Y2+的水溶液与Z2+的水溶液的体积比为0.5～1：0.1～0.4：0.1：0.1；所述MoO42-水溶液、X2+的水溶液、Y2+的水溶液与Z2+的水溶液中溶质的摩尔比为0.3～0.6：1～2：0.4～1.5：0.2～1.0。


5.一种复合材料，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘跃德，李素丽，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44