锂硫电池之磷钨酸正极强化攻略

近来，新能源电动车风声水起，引起了资本的竞相追逐，作为新能源车的核心——电池也引起了广大科研工作者的关注，在研究中，提高电池锂电池的密度是当前主流的高性能电池生产方向。

目前，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，远高于其他锂离子电池体系。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。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。

但是，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。针对这一现状，有学者提出使用在单质硫中添加磷钨酸材料，从而强化电池性能。

磷钨酸盐材料（H₃PW₁₂O₄₀)热稳定性高，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，为硫正极材料的充放电循环过程提供稳定的结构。有鉴于磷钨酸巨大的作用，有学者将其加入锂硫电池正极中，制成纳米微球磷钨酸盐/硫正极材料，步骤过程如下：

（1）纳米微球磷钨酸盐的合成：将无机盐溶液与磷钨酸水溶液进行混合，在一定温度和 搅拌速度条件下反应，反应一定时间，反应完成后，冷却、过滤、洗涤、烘干，得到固相纳米微 球磷钨酸盐材料。所述无机盐为氯化钾、硝酸钾、乙酸钾、硫酸钾、氯化铵。

（2）纳米微球磷钨酸盐/硫复合材料的合成：将纳米微球磷钨酸盐与硫单质球磨混 合，采用熔融法将单质硫扩散到纳米微球磷钨酸盐材料的孔道与表面，形成纳米微球磷钨 酸盐/硫复合材料。，反应温度为40-80℃，反应搅拌速度为300-800r/ min，反应时间为4h-12h。

（3）电极材料的制备：纳米微球磷钨酸盐/硫复合材料、导电剂、粘结剂分散到溶剂中，搅拌均匀，形成浆料，涂覆到集流体上，烘干后，切片。

研究发现，合成的纳米微球磷钨酸盐材料(H₃PW₁₂O₄₀)具有结构和组成上的多样性，高的热稳定性，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，为硫正极材料的充放电循环过程提供稳定的结构。研究还发现，纳米微球磷钨酸盐材料(H₃PW₁₂O₄₀)相对于现有的多孔炭材料具有丰富的孔道结构、高孔隙率，能有效提高了硫在正极中含量，加上布朗斯特酸性作用，对多硫离子具有较强的化学吸附作用，同时丰富的孔道结构对硫具有物理限制作用，有效的改善了锂硫电池的循环寿命和倍率性能。

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