通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应催化剂的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应催化剂的应用，涉及锂硫电池正极反应催化剂领域。通式AB2O5化合物为莫来石型复合氧化物，A为Bi、Y以及镧系金属元素中的任意一种或多种的混合，B为第一过渡系过渡金属元素中的任意一种或多种的混合。AB2O5化合物中不含有贵金属，所以其制备成本较低；同时，该化合物的制备方法较为简单且技术成熟，易于大规模生产。进一步地，经过实验验证，制备的通式为AB2O5莫来石型复合氧化物正极材料可以加速锂硫电池充放电过程中可溶性多硫化物的转换，有效抑制穿梭效应，且可以在高载硫量、贫电解液条件下工作，有效的提高了锂硫电池的实际能量密度。能量密度。能量密度。

【技术实现步骤摘要】
Batteries.Advanced Materials，2015.
[0009][2]Y.jeon，J.Lee et al.Co/Co3O4‑
embedded N
‑
doped Hollow Carbon Composite derived from a Bimetallic MOF/ZnO Core
‑
shell Template as a Sulfur Host for Li
‑
S Batteries.Chemical Engineering Journal，2020.
[0010][3]H.Zhang，P.Zhang rt al.Ti3C2T
x Nanosheet Wrapped Core
‑
shell MnO2Nanorods@hollow Porous Carbon as a Multifunctional Polysulfide Mediator for Improved Li
‑
S batteries.Nanoscale，2020.

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种具有高载硫量、高比容量、可以在贫电解液的氛围中工作以及循环稳定性好等优势的通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应催化剂的应用。
[0012]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应催化剂的应用，通式AB2O5化合物为莫来石型复合氧化物，A为Bi、Y以及镧系金属元素中的任意一种或多种的混合，B为第一过渡系过渡金属元素中的任意一种或多种的混合。
[0013]进一步地，上述A选自Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的任意一种或者任意A位元素以任意比例的混合，优选所述A选自Bi、Y、Sm、Ce中的任意一种或多种的混合，A进一步优选为Y、Ce或者二者组合，更优选为Y、Ce二者组合。进一步地，上述B选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu的中的任意一种或者任意B位元素以任意比例的混合，优选所述B选自Mn、Co或者二者组合，更优选为Mn、Co二者组合。
[0014]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，如作为制备正极材料和/或中间层适用。
[0015]进一步地，所述通式AB2O5化合物为Y
x
Ce1‑
x
Mn2O5，0≤x≤1，优选0.2≤x≤0.6，更优选x＝0.4；所述化合物还可以为YCo
y
Mn2‑
y
O5，其中0≤y≤2，优选0.4≤y≤1，更优选y＝0.6；所述化合物也可以是Y
x
Ce1‑
x
Co
y
Mn2‑
y
O5，x和y的选择同前。
[0016]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，将所述通式AB2O5化合物与导电材料混合形成复合催化剂，所述导电添加剂可选为碳纳米管，碳黑和石墨烯，优选为碳纳米管。
[0017]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，将所述通式AB2O5化合物与导电添加剂以1∶0.5～5的比例混合形成复合催化剂。
[0018]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，将所述通式AB2O5化合物与导电添加剂混合形成复合催化剂时，需要加入有机溶剂进行溶解和分散，优选所述有机溶剂为NMP。
[0019]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，将所述通式AB2O5化合物与导电添加剂混合形成复合催化剂时，热处理的条件为：在50～200℃下热处理8～24h。
[0020]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，将所述通式AB2O5化合物作为催化锂硫电池正极硫还原反应的催化剂的应用时，可以在载硫量为
3～8mg/cm2的条件下工作。
[0021]进一步地，上述通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应的催化剂的应用时，将所述通式AB2O5化合物作为催化锂硫电池正极硫还原反应的催化剂的应用时，可以在贫电解液条件下工作，电解液和硫的比例在2～15μL/mg之间。
[0022]AB2O5莫来石化合物可以采用以下制备方法合成：
[0023]1.溶胶凝胶合成法
[0024](1)依据莫来石的化学式，将可溶性金属铵盐按照化学计量比溶解于去离子水中；
[0025](2)将有机络合剂加入步骤(1)配置成的水溶液中并混合均匀，在80℃下搅拌形成凝胶，然后烘干形成催化剂前驱体；
[0026](3)将步骤(2)得到的前驱体在600
‑
800℃下焙烧5
‑
10h即得到AB2O5莫来石化合物。
[0027]2.共沉淀合成法
[0028](1)依据莫来石的化学式，将可溶性金属铵盐按照化学计量比溶解于去离子水中；
[0029](2)在配置成的水溶液中加入沉淀剂调节溶液pH至pH＞9.0，过滤获得沉淀物并烘干，制成催化剂前驱体；
[0030](3)将催化剂前驱体在500
‑
800℃下焙烧5
‑
10h即得到AB2O5莫来石化合物。
[0031]3.水热合成法
[0032](1)依据莫来石的化学式，将可溶性金属铵盐按照化学计量比溶解于去离子水中；
[0033](2)在配置成的水溶液中加入碱溶液；
[0034](3)将步骤(2)中的溶液在180
‑
300℃下烘干3
‑
60h即得到AB2O5莫来石化合物。
[0035]在合成AB2O5莫来石化合物的基础上，我们进行了其作为锂硫电池正极反应催化剂的应用，并进一步得到如下技术方案。
[0036]一种正极材料或正极片，包括通式AB2O5化合物。
[0037]一种正极材料的制备方法，其特征在于：包括先混合碳纳米管和硫复合材料，再将包含催化剂、有机溶剂、导电添加剂的浆料涂覆到碳纳米管/硫复合材料表面，再将涂有浆料的碳纳米管/硫复合材料移到烘箱中烘干，其中所述催化剂包括通式AB2O5化合物。
[0038]一种锂硫电池，组成为负极，电解质，隔膜，正极，其中正极添加的催化剂为通式AB2O5化合物。
[0039]与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点与技术效果：应用本专利技术的技术方案，通式AB2O5化合物催化锂硫电池正极硫还原反应效果较好；AB2O5化合物为莫来石型复合氧化物，不含有贵金属，所以其制备成本较低；同时，该化合物的制备方法较为简单且技术成熟，易于大规模生产；进一步地，经过实验验证，制备的通式为AB2O5莫来石型复合氧化物正极材料可以加速锂硫电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通式AB2O5化合物作为锂硫电池正极反应催化剂的应用，所述通式AB2O5化合物为莫来石型复合氧化物，A为Bi、Y以及镧系金属元素中的任意一种或多种的混合，B为第一过渡系过渡金属元素中的任意一种或多种的混合。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述A选自Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、和Lu中的任意一种或者上述元素以任意比例的混合，优选所述A选自Bi、Y、Sm、Ce中的任意一种或多种的混合，A进一步优选为Y、Ce或者二者组合，更优选为Y、Ce二者组合。3.如权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述B选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu的中的任意一种或者上述元素以任意比例的混合，优选所述B选自Mn、Co或者二者组合，更优选为Mn、Co二者组合。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述通式AB2O5化合物用作锂硫电池正极反应的催化剂，如作为制备正极材料和/或中间层适用。5.如权利要求1
‑
4所述的应用，其特征在于：所述通式AB2O5化合物为Y
x
Ce1‑
x
Mn2O5，0≤x≤1，优选0.2≤x≤0.6，更优选x＝0.4；所述化合物还可以为YCo
y
Mn2‑
y
O5.其中0≤y≤2，优选0.4≤y≤1，更优选y＝0.6；所述化合物也可以是Y
x
Ce1‑
x
Co
y
Mn2‑
y
O5，x和y的选择同前。6.如权利要求1
‑
5所述的应用，其特征在于，所述通式AB2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫超，王莉，杨全红，化五星，胡忠豪，万翔，张同，赵春宁，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：