一种锂硫电池的复合屏蔽层及其制备方法技术

本申请公开了一种抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的屏蔽层及其制备方法，该方法包括：将含有极性基团的聚合物溶于溶剂中并涂布于导电基质上，并将此复合材料作为屏蔽层用来抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭。根据本发明专利技术方法制备的复合屏蔽层中的聚合物能很好的捕获多硫化物，明显提升电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池的复合屏蔽层及其制备方法
本专利技术涉及锂硫电池
，特别涉及一种抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的复合屏蔽层及其制备方法。
技术介绍
随着便捷式电子设备和电动汽车的快速发展，高功率、高能量密度储能系统已经得到越来越广泛的关注。锂硫(可简写为Li-S)电池因其理论能量密度高达2600Wh·kg-1，成为了近年来新能源领域的研究热点，被认为是最具有应用前景的下一代二次电池。此外，硫元素具有明显的优势，例如低成本效益、无毒及储量丰富。然而，Li-S电池的商业化应用仍然面临严重挑战，主要由于正极材料在充放电过程中产生可溶性的多硫化物，同时向负极穿梭，引起负极材料的腐蚀和正极材料的容量的不可逆下降。长链多硫化物的穿梭效应导致的活性物质不可逆损失、严重的自放电、较低的库仑效率以及较差的循环稳定性等。目前针对多硫化物的穿梭效应，最普遍的策略是采用具有高比表面积的纳米结构碳材料，通过物理限制作用进行多硫化物的捕获。另一种有效的方法是使用含有极性基团的聚合物材料通过化学相互作用进行多硫化物的捕获。为了抑制锂硫电池穿梭效应导致的电学性能下降的缺陷，有必要开发一种抑制穿梭效应的Li-S电池的复合屏蔽层，进而提高锂硫电池的性能，拓展应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的复合屏蔽层，该复合屏蔽层含有的极性基团的聚合物，能够有效地吸附电池充放电过程中的多硫化物，减少因多硫化物穿梭效应而带来的活性物质不可逆损失、严重的自放电、较低的库仑效率以及较差的循环稳定性等一系列问题。该材料用于锂硫电池中能够明显提高电化学性能。本专利技术的一方面提供了一种锂硫电池的复合屏蔽层，所述屏蔽层包括导电基质和聚合物，所述聚合物位于所述导电基质上。在优选的实施方式中，所述聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、螺旋藻、聚乙烯亚胺、三聚氰胺、聚乙二胺、聚氧化乙烯、明胶、甲壳素和聚乙烯醇中的至少一种。在优选的实施方式中，所述导电基底包括碳纤维、碳纸、碳布、石墨烯膜、碳纳米管膜和金属泡沫中的至少一种。在优选的实施方式中，所述复合屏蔽层抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭。本专利技术的另一方面提供了一种锂硫电池的复合屏蔽层的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：制备聚合物溶液；将所述聚合物溶液涂布在导电基质上。在优选的实施方式中，所述聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、螺旋藻、聚乙烯亚胺、三聚氰胺、聚乙二胺、聚氧化乙烯、明胶、甲壳素和聚乙烯醇中的至少一种。在优选的实施方式中，所述导电基底包括碳纤维、碳纸、碳布、石墨烯膜、碳纳米管膜和金属泡沫中的至少一种。在优选的实施方式中，所述聚合物溶液涂布在导电基质上的涂布量以聚合物的质量计为：每克导电基质上涂布0.1～10mg聚合物；或者每平方厘米导电基质上涂布0.1～20mg聚合物。在优选的实施方式中，将聚合物溶解于溶剂中得到所述聚合物溶液，所述溶剂包括去离子水、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中的至少一种。在优选的实施方式中，所述聚合物溶液质量分数为0.01％-10％。在优选的实施方式中，所述聚合物的溶解方式包括磁力搅拌、普通超声、细胞粉碎和超声中的至少一种。在优选的实施方式中，所述聚合物的溶解处理时间为1-24小时。在优选的实施方式中，所述涂布包括浸涂、旋涂和喷涂中的至少一种。本专利技术的又一方面提供了一种锂硫电池的复合屏蔽层，所述复合屏蔽层通过上述任一方法制备。本专利技术的再一方面提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池包括上述复合屏蔽层或者根据上述方法制备的复合屏蔽层。本申请能产生的有益效果包括：1)本专利技术的复合屏蔽层包括含有极性基团的聚合物，这样的聚合物能够有效地吸附电池充放电过程中的多硫化物，明显抑制多硫化物的穿梭效应。2)本专利技术的复合屏蔽层包括具有优异导电性能的基底，能够进一步提高复合屏蔽层的导电性。3)将该复合屏蔽层材料应用在Li-S电池中，能明显改善因多硫化物穿梭效应导致的活性物质不可逆损失、严重的自放电、较低的库仑效率以及较差的循环稳定性等一系列问题。附图说明图1为实施例1中的复合屏蔽层的SEM图。图2为实施例1中的复合屏蔽层组装的Li-S电池的电化学性能图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。未做特别说明的情况下，本申请中所述原料如海藻酸钠，壳聚糖，螺旋藻，聚乙烯亚胺，三聚氰胺，聚乙二胺，聚氧化乙烯，明胶，甲壳素，聚乙烯醇，乙醇，甲醇，丙醇，异丙醇，二甲基亚砜，二甲基甲酰胺等均从阿拉丁公司或国药集团化学试剂有限公司购买。本申请的实施例中分析方法如下：利用美国FEI公司Sirion200场发射扫描电镜热场进行SEM分析。利用武汉蓝电公司CT2001A电池测试系统进行电化学性能分析。实施例1复合屏蔽层的制备称取海藻酸钠溶解于一定量的去离子水中，在磁力搅拌条件下搅拌6h,配制成质量分数为2％的海藻酸钠溶液。将配制好的2％的海藻酸钠溶液浸涂在碳纳米纤维上，并于室温条件下干燥，所得的样品记为1#。实施例2复合屏蔽层的制备配制10％的聚乙烯亚胺水溶液，并于磁力搅拌条件下搅拌3h。将配制好的聚乙烯亚胺水溶液旋涂在碳纸上，并于室温条件下干燥，所得样品记为2#。实施例3复合屏蔽层的制备配制5％的壳聚糖水溶液，并在磁力搅拌条件下搅拌10h。将配制好的壳聚糖水溶液喷涂在石墨烯膜上，并于室温条件下干燥，所得样品记为3#。实施例4复合屏蔽层的SEM分析对1#复合屏蔽层进行SEM分析。如图1所示，海藻酸钠均匀的分散在碳纳米纤维上。海藻酸钠在碳纳米纤维上的良好分散性既有效的抑制了多硫化物的穿梭效应，也为复合屏蔽层的良好导电性提供了保证。2#和3#样品的SEM的分析结果与1#的分析结果相似。实施例5电化学性能测试利用实施例1制备的1#样品作为Li-S电池的复合屏蔽层，然后按正极片、电解液、隔膜、复合屏蔽层、锂片、垫片、外壳的顺序装配Li-S扣式电池。完成组装的电池放置24h，室温下采用武汉蓝电公司CT2001A电池测试系统进行电化学性能分析。图2为使用复合屏蔽层的电池循环性能图，从图中可以看出该复合屏蔽层组装的电池在高容量条件下仍然具有很好的循环性能(商用的锂离子电池的容量一般为4mAhcm-2)。以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的
技术实现思路
做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池的复合屏蔽层，其特征在于，所述屏蔽层包括导电基质和聚合物，所述聚合物位于所述导电基质上。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池的复合屏蔽层，其特征在于，所述屏蔽层包括导电基质和聚合物，所述聚合物位于所述导电基质上。


2.根据权利要求1所述的复合屏蔽层，其特征在于，所述聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、螺旋藻、聚乙烯亚胺、三聚氰胺、聚乙二胺、聚氧化乙烯、明胶、甲壳素和聚乙烯醇中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的复合屏蔽层，其特征在于，所述导电基底包括碳纤维、碳纸、碳布、石墨烯膜、碳纳米管膜和金属泡沫中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的复合屏蔽层，其特征在于，所述复合屏蔽层抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭。


5.一种锂硫电池的复合屏蔽层的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
制备聚合物溶液；
将所述聚合物溶液涂布在导电基质上。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、螺旋藻、聚乙烯亚胺、三聚氰胺、聚乙二胺、聚氧化乙烯、明胶、甲壳素和聚乙烯醇中的至少一种；
所述导...

【专利技术属性】
技术研发人员：何海勇，潘林海，王德宇，陈勤勤，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33