一种用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法及根据制备方法得到的功能性隔层技术

本发明专利技术涉及一种用于锂硫电池功能性隔层的制备方法及根据制备方法得到的功能性隔层，包括以下步骤：第一步，制备四氧化三铁空心球；第二步，制备MXene‑四氧化三铁复合材料；将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入质量分数为30％～50％的HF溶液，升温、搅拌，离心后将产物用去离子水洗涤至中性，干燥后得到MXene；将第一步中制备的四氧化三铁空心球和MXene按照质量比1:3～5混合并溶于100～200mL去离子水中，之后超声得到混合均匀的溶液，在120～160℃条件下进行喷雾干燥，收集产物得到用于锂硫电池的功能性隔层。本发明专利技术可有效缓解了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显，并解决电池的电化学性能不稳定的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法及根据制备方法得到的功能性隔层
本专利技术涉及材料化学
，具体涉及一种用于锂硫电池功能性隔层的制备方法及根据制备方法得到的功能性隔层。
技术介绍
随着当今世界对新能源的迫切要求，越来越多的清洁能源被应用在电力和动力设备中。锂离子电池，作为轻便、高比能、环境友好、可循环使用等优点，成为众多储能设备的首选。单质硫作为锂硫电池的正极材料，理论容量达到1675mAh/g，理论能量密度可达到2600Wh/kg，在以后锂电池的发展中具有重要地位。但是由于单质硫及其充放电过程的中间产物导电性差，多硫化物在反应过程中存在穿梭效应等问题，导致正极材料的利用率一直处于较低的水平，影响着其实际应用。除了硫正极和锂负极的飞速发展，改性隔层材料的研究也被广泛关注。普通的隔膜在锂硫电池中起到隔绝正负极、避免发生短路并且实现离子的穿梭和电解液的浸润的作用。改性隔层材料除了起到普通隔膜的上述作用以外，还能够通过物理受限或化学吸附可溶的多硫化物，改善电池的长循环稳定性。因此对于隔膜的改进也是锂硫电池研究的一个关键点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法用作锂硫电池功能性隔层，可有效缓解了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显，并解决电池的电化学性能不稳定的缺陷。本专利技术是通过如下技术方案实现的：提供一种用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法，包括以下步骤：第一步，制备四氧化三铁空心球；第二步，制备MXene-四氧化三铁复合材料；将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入质量分数为30％～50％的HF溶液，升温、搅拌，离心后将产物用去离子水洗涤至中性，干燥后得到MXene；将第一步中制备的四氧化三铁空心球和MXene按照质量比1:3～5混合并溶于100～200mL去离子水中，之后超声得到混合均匀的溶液，在120～160℃条件下进行喷雾干燥，收集产物得到用于锂硫电池的功能性隔层。进一步的，制备四氧化三铁空心球包括以下步骤：A，制备前驱体：取0.6-1mol硝酸铁，10-20ml甘油，溶于50-100mL异丙醇中，搅拌均匀，随后加入1-5mL去离子水，搅拌均匀，转移至反应釜中，200-220℃保温反应12-24小时，随炉冷却后离心获得前驱体产物；B，前驱体离心洗涤干燥：去离子水三次，乙醇三次，后置于60℃烘箱中烘干；C，升温煅烧：将干燥后的前驱体移至管式炉中，在氩气气氛下升温至400-500℃，升温速率为1-5℃/min，保温4-6小时，自然冷却得到四氧化三铁空心球。进一步的，第二步中，MAX相陶瓷粉体浸入HF溶液中升温至50～90℃，磁力搅拌12～24小时。进一步的，MXene的干燥环境为烘箱中60～80℃干燥12～24小时。MAX相陶瓷为Ti3AlC2、Ti2AlC、Cr2AlC中的一种或几种。一种根据锂硫电池的功能性隔层的制备方法得到的功能性隔层。本专利技术的有益效果：本专利技术制备的四氧化三铁具有空心球结构，用于锂硫电池时，空心球拥有杰出的结构优势，壳层上均匀的孔道确保了电解液可以方便地进入多壳层内部，使得电解液与活性物质充分的接触，提供更多的氧化活性位点，在高电流密度下获得更高的比容量。且四氧化三铁空心球由四氧化三铁纳米片组成，壳壁很薄，缩短了电子和电荷的传输路径，且内部的自由体积可以缓解在充放电过程中材料的膨胀，加上材料良好的机械性能，空心结构材料拥有良好的循环寿命。其次，四氧化三铁对于锂硫电池充放电过程中产生的多硫化物具有明显的吸附作用，在用作锂硫电池隔层时能够有效抑制锂硫电池的穿梭效应，提升锂硫电池的电化学稳定性。但是，由于壳层是由大量的纳米片结构组成，因此结构比较脆弱，如果将该空心球体直接应用到锂硫电池正极材料中，则在该材料与单质硫复合的过程中，在高压的环境中很容易造成结构的破坏，造成单纯的四氧化三铁纳米片层的堆积。因此，在本专利技术中，充分地考虑到了该材料的结构特点，为了更好地发挥该材料的吸附性能，在本专利技术中，创新性地将其应用到锂硫电池夹层中去，很大程度上避免了壳层结构的破坏，只有保持了材料结构的完整性，才能够充分地发挥材料优异的吸附性能。同时，为了提高材料的导电性以及机械强度，还将该材料与Mxene进行了复合，使二维材料Mxene均匀的包覆在四氧化三铁壳层周围，该包覆层能够在很大程度上提高材料的稳定性，抑制在循环过程中造成的体积膨胀。其次，Mxene超高的导电性还有利于电子的传输，使得多硫化物能够充分地扩散至空心球壳中去，提高了材料的吸附性能。附图说明图1为实施例1-3所制得锂硫电池用功能性隔膜时的放电比容量循环图。图2为使用空白隔膜时的放电比容量循环图。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。实施例1：第一步，制备四氧化三铁空心球；取0.8mol硝酸铁，15ml甘油，溶于80mL异丙醇中，搅拌均匀，随后加入3mL去离子水，搅拌均匀，转移至反应釜中，210℃保温反应12-24小时，随后随炉冷却，离心获得前驱体产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次，置于60℃烘箱中烘干。随后将其转移至管式炉中，在氩气气氛下升温至450℃，升温速率为2℃/min，保温5小时，随后随炉冷却获得四氧化三铁空心球。第二步，制备MXene-四氧化三铁复合材料；将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入质量分数为40％的HF溶液，升温至60℃，磁力搅拌18小时，之后离心取得产物，用去离子水洗涤至中性，置于烘箱中70℃干燥18小时即得MXene。MAX相陶瓷可为Ti3AlC2、Ti2AlC、Cr2AlC中的一种或几种。Ti3C2Tx(Tx为-OH、-F等官能团)、Ti2CTx(Tx为-OH、-F等官能团)、Cr2CTx(Tx为-OH、-F等官能团)中的一种或几种。在本实施例中，MAX相陶瓷为Ti3AlC2，得到MXene材料为Ti3C2。将制备好的四氧化三铁空心球粉末和MXene按照质量比1:4混合并溶于150mL去离子水中，之后超声40min得到混合均匀的溶液，在140℃条件下进行喷雾干燥，并收集产物得到用于锂硫电池的功能性隔层。实施例2：第一步，制备四氧化三铁空心球：取0.6mol硝酸铁，10ml甘油，溶于50mL异丙醇中，搅拌均匀，随后加入1mL去离子水，搅拌均匀，转移至反应釜中，200℃保温反应12小时，随后随炉冷却，离心获得前驱体产物，并用去离子水与乙醇各洗涤三次，置于60℃烘箱中烘干。随后将其转移至管式炉中，在氩气气氛下升温至400℃，升温速率为1℃/min，保温4小时，随后随炉冷却获得四氧化三铁空心球。第二步，制备MXene-四氧化三铁复合材料：将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入质量分数为30％的HF溶液，升温至50℃，磁力搅拌12小时，之后离心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n第一步，制备四氧化三铁空心球；/n第二步，制备MXene-四氧化三铁复合材料；/n将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入质量分数为30％～50％的HF溶液，升温、搅拌，离心后将产物用去离子水洗涤至中性，干燥后得到MXene；将第一步中制备的四氧化三铁空心球和MXene按照质量比1:3～5混合并溶于100～200mL去离子水中，之后超声得到混合均匀的溶液，在120～160℃条件下进行喷雾干燥，收集产物得到用于锂硫电池的功能性隔层。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，制备四氧化三铁空心球；
第二步，制备MXene-四氧化三铁复合材料；
将研磨过的MAX相陶瓷粉体浸入质量分数为30％～50％的HF溶液，升温、搅拌，离心后将产物用去离子水洗涤至中性，干燥后得到MXene；将第一步中制备的四氧化三铁空心球和MXene按照质量比1:3～5混合并溶于100～200mL去离子水中，之后超声得到混合均匀的溶液，在120～160℃条件下进行喷雾干燥，收集产物得到用于锂硫电池的功能性隔层。


2.根据权利要求1所述的用于锂硫电池的功能性隔层的制备方法，其特征在于：制备四氧化三铁空心球包括以下步骤：
A，制备前驱体：取0.6-1mol硝酸铁，10-20ml甘油，溶于50-100mL异丙醇中，搅拌均匀，随后加入1-5mL去离子水，搅拌均匀，转移至反应釜中，200-220℃保温反应12-24小时，随炉冷却后离心获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，王加义，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44