磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用，将磷酸钒锂材料用于锂硫电池隔膜的涂覆材料中，隔膜中磷酸钒锂含量为5

【技术实现步骤摘要】
磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用。

技术介绍

[0002]目前，锂硫电池作为一种后锂离子电池时代的理想候选类电池之一，因其高达1675mAh/g的理论比容量和巨大的能量密度（2500 Wh/kg）而受到了研究人员的广泛关注。
[0003]尽管锂硫电池具有能量密度高、成本低廉、绿色无污染等一系列优点，但到目前为止，商业化的锂硫电池仍处于研发阶段，主要原因是受到硫自身电导率低、硫正极放电中间产物多、硫化物的穿梭效应等因素的限制。因此，提升锂硫电池电性能的关键，是抑制多硫化物的穿梭效应。目前学术界采取的措施之一，就是采用金属氧化物或硫化物等物质进行隔膜的表面涂覆，利用化合物对多硫化物的吸附效应，阻挡多硫化物向负极的扩散。然而，涂覆用的材料导电率低，电子迁移能力差，对锂硫电池的性能改善有限。
[0004]为了解决上述问题，开发新型隔膜修饰材料，利用具有快速充放电特性的电极材料，采用复合材料表面涂覆的方式，使金属氧化物或硫化物等化合物与碳材料的复合物与PP隔膜进行有效地复合，可以显著限制锂硫电池的穿梭效应，提高硫的利用率。例如：专利技术专利（CN 109244340A）采用锐钛矿TiO2与还原氧化石墨烯为涂覆材料，得到含有该涂覆层的隔膜材料，并应用于锂硫电池；专利技术专利（CN 110492045 A）使用层状结构硫化物和纳米纤维素，用于隔膜表面涂覆，应用于锂硫电池中；专利技术专利（CN 110649213 A）引入一种或多种金属氢化物材料，与高分子粘结剂、炭黑材料进行复合，有效抑制了多硫化物的扩散；上述方法均获得较为理想的电化学性能，但是所采用的涂覆材料，多为金属的氧化物，硫化物，氢化物等，这些材料本身电导率不高，对多硫化物的化学吸附能力有限，特别是低温条件下的电化学活性较差，同时，仍需要采用化学气相沉积，或引入共价有机框架材料等方式，合成工艺复杂，不利于工业化推广应用。因此，急需一种工艺简单，适用于锂硫电池的修饰隔膜的新制备技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用，利用快离子导体磷酸钒锂，解决常规锂硫电池隔膜涂覆中面临的材料电导率低、离子扩散能力差和低温性能不良等技术问题，而提供一种适用于锂硫电池用修饰隔膜的制备方法。
[0006]实现本专利技术的技术方案是：一种磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用，将磷酸钒锂材料用于锂硫电池隔膜的涂覆材料中，隔膜中磷酸钒锂含量为5
‑
15%（整个隔膜中占混合固体粉料的含量），涂覆厚度为5
‑
20μm。
[0007]所述磷酸钒锂的微观形貌为纳米材料/微米类球形材料，晶型结构为单斜结构。
[0008]所述锂硫电池在可在低温
‑
20℃
‑
0℃范围内测量。
[0009]具体步骤如下：
（1）将磷酸钒锂材料、导电碳、粘结剂、分散溶剂，进行充分混合；采用行星式搅拌机进行搅拌混合1
‑
2h，所得浆料进行抽真空处理，以去除浆料中的气泡；其中，磷酸钒锂材料、导电碳和粘结剂的质量比为（70
‑
85）：（10
‑
20）：（5
‑
10）；（2）将所得材料采用平板流延涂覆的方式，5
‑
20μm的涂覆厚度，刮刀走料速度为5
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25mm/s，将所得材料均匀地，单面涂覆在PP隔膜表面；（3）采用真空干燥的方法，干燥温度为40℃
‑
60℃，干燥时间（6至24 h），完全去除所含的分散溶剂。
[0010]所述步骤（1）中导电碳为乙炔黑，粘结剂为聚偏氟乙烯，分散溶剂为氮甲基吡咯烷酮。
[0011]本专利技术的有益效果是：（1）采用具有低温电化学性能优良的磷酸钒锂，能有效利用低温条件下电池的放电产生的热量加热电池，无需外加保温层。
[0012]（2）通过控制不同的制备工艺，可以获得不同尺寸的磷酸钒锂涂覆材料，可以有效调控隔膜的涂覆厚度。
[0013]（3）采用快离子导体磷酸钒锂材料，有利于构建隔膜表面的薄膜电极，进一步提高活性物质硫的有效利用率。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1 为实施例1所得磷酸钒锂材料的微观形貌的SEM图。
[0016]图2 为实施例1所得磷酸钒锂材料的XRD图。
[0017]图3 为将实施例1所得磷酸钒锂涂覆隔膜和空白隔膜用在电池中的首次充放电曲线图。
[0018]图 4 为实施例1所得LVP涂覆隔膜和空白隔膜用在电池中的倍率性能图。
[0019]图 5 为实施例1所得LVP涂覆隔膜和空白隔膜用在电池中的循环性能图。
[0020]图 6 为实施例1和实施例2所得LVP涂覆隔膜的倍率性能图。
[0021]图 7 为对比例1所得LVP涂覆隔膜的充放电曲线和倍率性能图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1磷酸钒锂涂覆隔膜材料的制备方法，包括步骤如下：步骤（1）：将溶胶凝胶法制备的磷酸钒锂，称取300 mg，与导电碳（super p），聚偏
氟乙烯（PVDF）按照质量比80:10:10进行混合，滴加一定量的N
‑
甲基吡咯烷酮为分散剂，充分研磨30分钟；步骤（2）：将步骤（1）所得浆料，采用流延涂覆的方式，均匀地涂覆在20 μm厚度的PP隔膜表面，涂覆厚度控制在5 μm，刮刀走速为25 mm/s；步骤（3）：将步骤（2）得到的涂覆隔膜，放在60℃恒温干燥箱中烘干12小时，即得所述隔膜涂覆材料。
[0024]图1为溶胶凝胶法制备的磷酸钒锂的SEM图；图2为溶胶凝胶法制备的磷酸钒锂的XRD图，从图2中看出，所制备的为单斜结构磷酸钒锂。
[0025]将所得LVP涂覆隔膜用于锂硫电池中，正极为碳硫复合物（质量比3:7），按照碳硫复合物：导电碳黑：粘结剂=80:10:10，N
‑
甲基吡咯烷酮为分散剂，涂覆在15μm的铝箔上，60℃真空干燥12小时；所得正极片，LVP涂覆隔膜，锂片在氩气手套箱中组装成锂硫电池，电解液为1 mol LiTFSI溶解DOL/DME=1:1，添加2wt%的LiNO3，电解液添加量为35μL/g(硫粉)，所组装CR2016纽扣电池静置12小时，在1.7
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钒锂在锂硫电池隔膜涂覆中的应用，其特征在于：将磷酸钒锂材料用于锂硫电池隔膜的涂覆材料中，隔膜中磷酸钒锂含量为5
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15wt%，涂覆厚度为5
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20μm。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述磷酸钒锂的微观形貌为纳米材料/微米类球形材料，晶型结构为单斜结构。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述锂硫电池在
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20℃到0℃使用。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的应用，其特征在于，步骤如下：（1）将磷酸钒锂材料、导电碳、粘结剂、分散溶剂，进行充分混合；所得浆料进行抽真空处理；（2）将步骤（1）浆料采用单面涂覆在PP隔膜表面；（3）步骤（2）涂覆后进行干燥。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述步骤（1）中导电碳为乙炔黑，粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利霞，闫继，常鑫波，赵太宝，张林森，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：