一种电催化材料及其制备方法、隔离膜和锂硫电池技术

本发明专利技术公开了一种电催化材料及其制备方法、隔离膜和锂硫电池。该方法包括将第一金属盐前驱体和第二金属盐前驱体溶解于去离子水中反应得到沉淀，将沉淀煅烧得到多金属复合材料中间产物；将中间产物放入非氧化性酸中刻蚀，且加入活性更强的金属的硝酸盐进行取代得到活性高的金属分布在外侧活性低的金属分布在内部的电催化材料；电催化材料为A

【技术实现步骤摘要】
一种电催化材料及其制备方法、隔离膜和锂硫电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种电催化材料及其制备方法、隔离膜和锂硫电池。

技术介绍

[0002]锂硫电池（LSB）具有成本低廉、高理论能量密度和高理论克容量的优势，作为一种储能器件，它备受关注。但是，现有技术中的锂硫电池存在LiPS穿梭以及LiPS转化反应困难的问题，制约着LSB储能技术的发展。鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种能有效吸附LiPS并催化其向Li2S的转化的电催化材料的制备方法、电催化材料、隔离膜和锂硫电池，能有效地提高材料的克容量，提高锂硫电池的电化学性能。
[0004]本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术提供一种电催化材料的制备方法，包括：将第一金属盐前驱体和第二金属盐前驱体溶解于去离子水中进行反应得到沉淀，将沉淀煅烧得到多金属复合材料中间产物；将多金属复合材料中间产物放入非氧化性酸中进行刻蚀，并加入活性更强的金属的硝酸盐进行取代反应得到活性高的金属分布在外侧活性低的金属分布在内部的电催化材料；其中，电催化材料的化学通式为A
a
B
b
C
c
O
d
，A、B以及C均选自Fe、Co、Ni、Mn、Mo、W、Cu、Zn、Nb、Sn、Mg、Al和V中的任一种，且0<a≤3，0 <b≤5，0 <c≤3，0 <d≤5。
[0005]在可选的实施方式中，第一金属盐前驱体的化学通式为M1
x1
(NO3)
y1
，M1为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、W、Cu、Zn、Nb、Sn和V中的至少一种，且0 <x1≤3，0<y1≤5；第二金属盐前驱体的化学通式为(NH4)
n
M2
x2
O
y2
或Na
n
M2
x2
O
y2
，M2是Mo、W和V中的一种或多种，且0 <x2≤9，0 <y2≤30。
[0006]在可选的实施方式中，第一金属盐前驱体和第二金属盐前驱体在去离子水中进行反应的反应时间大于10min，反应温度低于30℃。
[0007]在可选的实施方式中，煅烧的步骤在管式炉中进行，且煅烧过程中通入保护气体，煅烧温度为350
‑
600℃，升温速率2
‑
5℃/min，保温时间为1
‑
3h。
[0008]在可选的实施方式中，非氧化性酸的浓度为2
‑
8M，刻蚀的时间为2
‑
60min；和/或，非氧化性酸包括盐酸、氢溴酸、碳酸或稀硫酸中的至少一种；和/或，制备方法还包括在取代反应结束后过滤沉淀，并将沉淀放置于高温管式炉中以2
‑
5℃/min的升温速率升温至350
‑
600℃，并保温1
‑
3h，以得到电催化材料。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种电催化材料，通过前述实施方式中任一项的电催化材
料的制备方法制备得到。
[0010]第三方面，本专利技术提供一种隔离膜，包括：基体和涂覆于基体至少一个侧表面的修饰层，修饰层包括前述实施方式中任一项的电催化材料的制备方法制备得到的电催化材料或者包括前述实施方式的电催化材料，修饰层还包括导电剂、粘结剂以及溶剂。
[0011]在可选的实施方式中，修饰层通过修饰涂层涂覆于基体后干燥得到，在修饰涂层中，电催化材料、导电剂以及粘结剂的用量比为（6
‑
8）:（1
‑
3）:1；和/或，基体为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯和聚丙烯形成的复合膜中的一种；和/或，导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种；和/或，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯晴、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
[0012]在可选的实施方式中，修饰层的厚度为2
‑
8μm；和/或，修饰层的面密度为0.5~5.0mg/cm2。
[0013]第四方面，本专利技术提供一种锂硫电池，包括前述实施方式中任一项的隔离膜。
[0014]本专利技术的实施例至少具备以下优点或有益效果：本专利技术的实施例提供了一种电催化材料的制备方法，包括将第一金属盐前驱体和第二金属盐前驱体溶解于去离子水中进行反应得到沉淀，将沉淀煅烧得到多金属复合材料中间产物；将多金属复合材料中间产物放入非氧化性酸中进行刻蚀，并加入活性更强的金属的硝酸盐进行取代反应得到活性高的金属分布在外侧活性低的金属分布在内部的电催化材料；其中，电催化材料的化学通式为A
a
B
b
C
c
O
d
，A、B以及C均选自Fe、Co、Ni、Mn、Mo、W、Cu、Zn、Nb、Sn、Mg、Al和V中的任一种，且0<a≤3，0<b≤5，0<c≤3，0 <d≤5。
[0015]该制备方法能形成缺陷浓度梯度分布的催化材料，一方面，此电催化材料引入了多种金属，多金属的引入赋予了材料更高的极性，能改善隔离膜的基体与电解液之间的亲润特性差的情况，能增强电解液对隔膜的浸润性，有利于更多反应界面的构建和离子传质能力的提高，利于提高锂硫电池的电化学性能；另一方面，通过缺陷浓度梯度分布的特点，能增加材料表面活性催化位点，既满足表面缺陷最大化的需求，又能维持缺陷的稳定性，使得其用作LSB隔膜修饰层后，既具有表面缺陷浓度高、反应活性高的优点，又能有效吸附LiPS并催化其向Li2S的转化，抑制LiPS穿梭，实现高LiPS利用率，从而获得高的克容量发挥，也能充分提高锂硫电池的电化学性能。
[0016]本专利技术的实施例提供的电催化材料，通过上述的制备方法制备得到。因此，其也具有高的克容量发挥，能提高锂硫电池的电化学性能。
[0017]本专利技术的实施例提供的隔膜，包括上述的电催化材料。因此，其也具有高的克容量发挥，能提高锂硫电池的电化学性能。
[0018]本专利技术的实施例提供的锂硫电池，包括上述的隔膜。因此，具有电化学性能优异的特点。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0020]图1为本专利技术的实施例1提供的电催化材料的SEM图；图2为本专利技术的实施例1提供的电催化材料的TEM图；图3为对比例1提供的无缺陷的三金属点催化材料的SEM图；图4为对比例2提供的无缺陷的双金属电催化材料的SEM图；图5为对比例3提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化材料的制备方法，其特征在于，包括：将第一金属盐前驱体和第二金属盐前驱体溶解于去离子水中进行反应得到沉淀，将沉淀煅烧得到多金属复合材料中间产物；将所述多金属复合材料中间产物放入非氧化性酸中进行刻蚀，并加入活性更强的金属的硝酸盐进行取代反应得到活性高的金属分布在外侧活性低的金属分布在内部的所述电催化材料；其中，所述电催化材料的化学通式为A
a
B
b
C
c
O
d
，A、B以及C均选自Fe、Co、Ni、Mn、Mo、W、Cu、Zn、Nb、Sn、Mg、Al和V中的任一种，且0 <a≤3，0 <b≤5，0 <c≤3，0 <d≤5。2.根据权利要求1所述的电催化材料的制备方法，其特征在于：所述第一金属盐前驱体的化学通式为M1
x1
(NO3)
y1
，M1为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、W、Cu、Zn、Nb、Sn和V中的至少一种，且0<x1≤3，0<y1≤5；所述第二金属盐前驱体的化学通式为(NH4)
n
M2
x2
O
y2
或Na
n
M2
x2
O
y2
，M2是Mo、W和V中的一种或多种，且0 <x2≤9，0 <y2≤30。3.根据权利要求1所述的电催化材料的制备方法，其特征在于：所述第一金属盐前驱体和所述第二金属盐前驱体在所述去离子水中进行反应的反应时间大于10min，反应温度低于30℃。4.根据权利要求1所述的电催化材料的制备方法，其特征在于：煅烧的步骤在管式炉中进行，且煅烧过程中通入保护气体，煅烧温度为350
‑
600℃，升...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继宗，董英男，司煜，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：