一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公布了一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，包括以下步骤：将金属盐加入V2O5溶液中，搅拌反应，反应结束后离心，收集沉淀物，对沉淀物进行洗涤、干燥，得到前驱体；将前驱体溶解于水中得到前驱体溶液，向前驱体溶液中加入H2O2，然后进行水热反应，反应后离心，收集固体，对固体进行洗涤、干燥，得到锂硫电池隔膜修饰材料。本发明专利技术还提供了一种利用该制备方法制备的锂硫电池隔膜修饰材料，该锂硫电池隔膜修饰材料的富缺陷结构有利于加强对多硫化物的吸附作用，从而有利于抑制多硫化物的穿梭效应，能显著提高基于锂硫电池隔膜修饰材料制备的锂硫电池的整体电化学性能。备的锂硫电池的整体电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及锂硫电池领域，具体涉及一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展和能源消耗的不断增加，化石燃料的迅速枯竭，人类对可再生能源的需求日益增加。二次电池(锂/钠离子电池等)等可再生能源在电化学能量转换和存储设备中发挥着重要作用。然而，随着电动汽车和电子设备等对电池能量密度要求的不断提升，锂离子电池受正、负极活性材料理论容量的限制，难以满足市场需求。因此，开发高能量密度以及长循环寿命的储能设备是十分有必要的。
[0003]锂硫电池因其高能量密度(2600Wh kg
‑1)，高体积比容量(2800Wh L
‑1)以及高质量比容量(1675mAh g
‑1)有望成为下一代商业锂离子电池的备选之一。锂硫电池中单质硫具有储量丰富、价格低廉、环境友好等优点，为锂硫电池的商业化提供了保障。然而，锂硫电池的发展却受到一些因素的制约，比如：S的导电性弱，导致氧化还原动力学迟缓，且在充放电过程中会造成体积的膨胀；在固液转变的过程中，固相S8分子转变为可溶的多硫化锂中间物Li2Sx(4≤x≤8)；随着放电的进一步进行，可溶Li2S
x
转变为不可溶的Li2S2或Li2S，造成活性物质的不可逆损失。
[0004]鉴于锂硫电池存在的缺陷和局限性，有必要研究新的方法制备具有能加强对多硫化物的锚定，同时还能够促使其快速转化，避免活性物质的不可逆损失的新产品。

技术实现思路
/>[0005]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的旨在提供一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法及其应用
[0006]为实现专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，包括以下步骤：将金属盐加入到V2O5溶液中，搅拌反应，反应结束后离心，收集沉淀物，对沉淀物进行洗涤、干燥，得到前驱体；将前驱体溶解于水中得到前驱体溶液，向前驱体溶液中加入H2O2，然后进行水热反应，反应后离心，收集固体，对固体进行洗涤、干燥，得到锂硫电池隔膜修饰材料。
[0008]根据上述的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，优选地，所述金属盐为NaCl、KCl、MgCl2中的任意一种。
[0009]根据上述的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，优选地，所述V2O5与金属盐的质量比为1：(0.83～3.04)；进一步地，金属盐为NaCl时V2O5与NaCl的质量比为1：(0.5～1)，金属盐为KCl时V2O5与KCl的质量比为1：(1～1.5)，金属盐为MgCl2时V2O5与MgCl2的质量比为1：(3～3.5)；更加优选地，金属盐为NaCl时V2O5与NaCl的质量比为1:0.83，金属盐为KCl时V2O5与KCl的质量比为1:1.12，金属盐为MgCl2时V2O5与MgCl2的质量比为1:3.04。
[0010]根据上述的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，优选地，所述离心速率为5000～
6000r/min，离心时间为2～5min。
[0011]根据上述的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，更加优选地，所述金属盐为NaCl时，对应的前驱体为NaV3O8·
xH2O(简写为NVO)；所述金属盐为KCl时，对应的前驱体为K2V6O
16
·
1.5H2O(简写为KVO)；所述金属盐为MgCl2时，对应的前驱体为MgV6O
16
·
9H2O(简写为MgVO)。
[0012]根据上述的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，优选地，所述前驱体与H2O2的质量比为1:12.19。
[0013]根据上述的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，优选地，水热反应的温度为130～150℃，水热反应时间为3～5h，更加优选地，水热反应的温度为140℃，水热反应时间为5h。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种利用上述制备方法制备的锂硫电池隔膜修饰材料。
[0015]本专利技术第三方面提供了上述锂硫电池隔膜修饰材料在锂硫电池隔膜中的应用。
[0016]本专利技术第四方面提供了一种锂硫电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)将导电剂、粘合剂、锂硫电池隔膜修饰材料分散于分散剂中，得到分散液，所述锂硫电池隔膜修饰材料为第二方面制备的锂硫电池隔膜修饰材料；
[0018](2)将步骤(1)得到的分散液涂覆在隔膜一侧，将涂覆后的隔膜在60～80℃加热9～11h，得到锂硫电池隔膜。
[0019]根据上述的锂硫电池隔膜的制备方法，优选地，所述导电剂与锂硫电池隔膜修饰材料的质量比为1:8，所述粘合剂与锂硫电池隔膜修饰材料的质量比为1:8。
[0020]根据上述的锂硫电池隔膜的制备方法，优选地，所述导电剂为科琴黑，所述粘合剂为PVDF，所述分散剂为NMP，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。
[0021]根据上述的锂硫电池隔膜的制备方法，优选地，所述锂硫电池隔膜修饰材料是含有富缺陷位点钒酸盐的纳米线结构；更加优选地，所述锂硫电池隔膜修饰材料为HNaV6O
16
·
4H2O(简写为HNVO)、HKV6O
16
·
4H2O(简写为HKVO)、HMgV8O
20
·
xH2O(简写为HMgVO)中至少一种。
[0022]根据上述的锂硫电池隔膜的制备方法，优选地，所述分散液涂敷在隔膜上的涂敷厚度为5～15μm。
[0023]本专利技术第五方面提供了一种利用上述制备方法制备的锂硫电池隔膜产品。
[0024]本专利技术第六方面提供了上述锂硫电池隔膜产品在锂硫电池中的应用。
[0025]本专利技术第七方面提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池是将硫正极、金属锂片、电解液和锂硫电池隔膜产品进行组装制备而成，所述锂硫电池隔膜产品为第五方面制备的锂硫电池隔膜产品。
[0026]与现有技术相比，本专利技术取得的积极有益效果：
[0027](1)本专利技术是通过在V2O5层状结构中嵌入Na
+
、K
+
、Mg
2+
中任意一种，使V2O5晶格结构发生变化制备得到锂硫电池隔膜修饰材料的前驱体，该前驱体能够有效解决V2O5层状结构在宽范围内锂离子脱嵌过程中容易被破坏，造成容量衰减较快的问题。
[0028](2)本专利技术的锂硫电池隔膜修饰材料是通过将前驱体与H2O2混合后进行水热反应使H2O2中的H
+
取代前驱体中部分金属离子得到富缺陷结构的锂硫电池隔膜修饰材料，该锂硫电池隔膜修饰材料的富缺陷结构有利于加强对多硫化物的吸附作用，从而有利于抑制多硫化物的穿梭效应，减少活性物质的损失，并且能够加快多硫化物进一步转化，提高动力学
反应速率。
[0029](3)本专利技术提供的锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法条件温和，工艺简单，易操作，而且对设备无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属盐加入V2O5溶液中，搅拌反应，反应结束后离心，收集沉淀物，对沉淀物进行洗涤、干燥，得到前驱体；将前驱体溶解于水中得到前驱体溶液，向前驱体溶液中加入H2O2，然后进行水热反应，反应后离心，收集固体，对固体进行洗涤、干燥，得到锂硫电池隔膜修饰材料。2.根据权利要求1所述锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为NaCl、KCl、MgCl2中的任意一种。3.根据权利要求2所述锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，其特征在于，所述V2O5与金属盐的质量比为1：（0.83～3.04）。4.根据权利要求1所述锂硫电池隔膜修饰材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为130～150℃；水热反应的时间3～5h。5.一种利用权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳琳，刘旭影，陈姿含，陈金周，刘文涛，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：