一种锂硫电池三元材料功能隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池三元材料功能隔膜及其制备方法。所述锂硫电池三元材料功能隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜上用于阻挡多硫化物穿梭的三元材料涂层，所述三元材料为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池三元材料功能隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种功能隔膜及其制备方法，尤其涉及一种锂硫电池三元材料功能隔膜及其制备方法，属于领域锂硫电池


技术介绍

[0002]近年来，如太阳能、风能等新能源发电成为缓解能源危机和环境污染的高效技术途径。然而，新能源发电及智能电网的发展受制于大容量储能电池技术。目前，锂离子电池因安全性好、循环寿命长、工作电压高等优势成为大容量储能电池的重点发展方向之一。
[0003]而随着电动汽车的快速发展，传统的锂离子电池已经不能满足续航里程的需求。锂硫电池具有高能量密度、高比容量、丰富的自然资源和生态友好等诸多优异性能，被认为是最有前途的下一代储能系统。然而，仍有许多问题限制了锂硫电池的商业使用。多硫化物的穿梭效应和低电化学动力学一直是最关键的挑战。
[0004]在锂硫电池充放电过程中，长链的多硫化物能很好的溶解在醚类电解液中，这些溶解的多硫化物在氧化还原过程中自由地穿梭在正负极之间，继而造成活性物质和放电比容量的损失，这就是穿梭效应。研究表明，功能隔膜的引入能有效抑制穿梭效应。然而，目前多数功能隔膜仅能阻挡多硫化物的穿梭，对于促进反应动力学表现平平。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可以提高反应动力学的锂硫电池三元材料功能隔膜；本专利技术的另一目的是提供一种锂硫电池三元材料功能隔膜的制备方法。
[0006]技术方案：本专利技术的锂硫电池三元材料功能隔膜，包括隔膜和涂覆在隔膜上用于阻挡多硫化物穿梭的三元材料涂层，所述三元材料为LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料。
[0007]进一步地LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料包括若干个球状颗粒，其颗粒直径为5
‑
20μm。
[0008]另一方面，本专利技术的锂硫电池三元材料功能隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)通过喷雾干燥法获得LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2的前驱体粉末；
[0010](2)将前驱体粉末预氧化之后与锂盐研磨混合，然后将混合物碳化处理后得到LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料；其中将前驱体粉末在空气条件下氧化煅烧达到预氧化的目的。
[0011]进一步地，步骤(1)中喷雾干燥法为将镍源、钴源和锰源照摩尔比为5：2：3溶解于100毫升的去离子水中，搅拌30分钟，形成均一前驱体溶液，然后前驱体溶液通过蠕动泵输送，并经过超声雾化干燥后得到前驱体粉末。
[0012]更进一步地，镍源为硫酸镍、醋酸镍或硝酸镍；钴源为硫酸钴、醋酸钴或硝酸钴；锰源为硫酸锰、醋酸锰或硝酸锰。
[0013]更进一步地，前驱体溶液浓度为0.25
‑
1mol/L。
[0014]更进一步地，蠕动泵的转速是2
‑
6rpm，出风口温度为160
‑
200℃，风机频率为50
‑
60Hz。
[0015]进一步地，步骤(2)中，锂盐是碳酸锂或醋酸锂。
[0016]进一步地，步骤(2)中，预氧化的氧化温度为400
‑
600℃，时间为1
‑
5h。
[0017]进一步地，步骤(2)中，碳化处理的温度为700
‑
900℃，时间为9
‑
12h。
[0018]本专利技术中的球状的三元材料涂层，一方面，可以作为多硫化物穿梭的阻挡层，层状的三元材料由于存在尖晶石相、层状相和岩盐相之间存在协同效应，对于长链的聚硫化物具有强烈的吸附作用；另一方面，三元材料中的镍、钴、锰作为过渡金属，其特殊的电子结构对于多硫化物表现出优异的催化活性，有效促进氧化还原反应的进行，继而进一步提高了锂硫电池的电化学性能。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0020](1)提高电池内部的反应动力学，球状三元材料形状规则，颗粒尺寸均匀，比表面积大，有利于电子和离子的传输；
[0021](2)提高电池的循环和倍率性能，三元材料LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2晶体内活性反应位点多，增强了对长链多硫化物的吸附能力，有效抑制穿梭效应，提高活性物资利用率；
[0022](3)制备方法简单易行，成本低，通过对前驱体溶液浓度，出风口温度，蠕动泵转速以及风机转速的调控，实现三元材料的可控合成；
[0023](4)测试表明引入LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2三元材料功能隔膜的电池在长循环和倍率性能优异，由此对于不同金属配比的三元材料用于锂硫电池功能隔膜提供可行性，为解决锂硫电池技术问题提供一种新思路。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备的三元材料功能隔膜的X射线衍射图；
[0025]图2为实施例1制备的三元材料功能隔膜的扫描电镜图；
[0026]图3为实施例1制备的三元材料修饰的锂硫电池以及对比电池在1C恒电流下的循环性能图；
[0027]图4为实施例1制备的三元材料修饰的锂硫电池以及对比电池倍率性能图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0029]实施例1
[0030]1.锂硫电池三元材料功能隔膜制备
[0031](1)在250mL烧杯中依次加入6.22g四水醋酸镍，2.49g四水醋酸钴，3.68g四水醋酸锰以及100mL离子水，在室温条件下，通过磁力搅拌器搅拌30分钟，得到均一前驱体溶液。将均一前驱体溶液转移至喷雾干燥机上，设置蠕动泵的速度为2rpm，出风口温度为200℃，风机频率为50Hz，通过喷雾干燥法获得三元材料的前驱体粉末。
[0032](2)将得到的三元材料前驱体粉末通过马弗炉在空气条件下，以5℃每分钟的升温速率，升温至550℃，保温5小时后得到氧化物粉料。
[0033](3)将氧化物粉料与质量比为1：1.05的过量碳酸锂充分混合研磨后，转移至氧化铝坩埚内，放置于管式炉中，在纯氧气氛下，以5℃每分钟的升温速率，升温至780℃，保温12小时，冷却至室温后取出，研磨至无明显颗粒物，转移至真空干燥箱内。
[0034]2.以三元材料功能隔膜制备锂硫电池
[0035](1)称取50mg聚偏氟乙烯，400mg单质硫和50mg碳黑，研磨均匀后溶解于400μL的N
‑
甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后得到C/S复合浆料。将该浆料涂抹在铝箔的一侧，真空干燥12h后，在冲片机上裁剪出直径为12mm的圆片作为电池的正极。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池三元材料功能隔膜，其特征在于，包括隔膜和涂覆在隔膜上用于阻挡多硫化物穿梭的三元材料涂层，所述三元材料为LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料。2.根据权利要求1所述的锂硫电池三元材料功能隔膜，其特征在于，LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料包括若干个球状颗粒，其颗粒直径为5
‑
20μm。3.一种根据权利要求1
‑
2任一所述的锂硫电池三元材料功能隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过喷雾干燥法获得LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2的前驱体粉末；(2)将前驱体粉末预氧化之后与锂盐研磨混合，然后将混合物碳化处理后得到LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐月锋，叶帆，左银泽，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：