本发明专利技术提供了一种基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，包括：S1：C@BN电纺溶液前驱体的制备、S2：C fiber电纺溶液前驱体的制备、S3：PVDF电纺溶液前驱体的制备以及S4：PVDF/C fiber/BN自支撑载体的制备；将S1制备的混合溶液进行电纺，得到的电纺纤维膜；在所述电纺纤维膜继续电纺S2制得的混合溶液，得到纳米纤维膜；将所得的纳米纤维膜进行预氧化、碳化处理；将S3制备的所述电纺纤维膜通过辊压置于所述纳米纤维膜上，制得基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体。本发明专利技术还包括所述自支撑载体及其应用，本发明专利技术解决了常规方法制备得到的自支撑载体强烈依赖于锂和硫电极之间的协同作用，无法同时实现在负极均匀地沉积/剥离锂，且无法在正极侧加速硫和硫化锂转变的问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及储能电池
，具体而言，涉及一种基于PVDF/Cfiber/BN的自支撑载体及其制备方法。
技术介绍
[0002]由于能源危机的加剧，开发高能量密度的储能系统是应对日益增长的能源需求的最关键任务之一。作为商用锂离子电池的替代品，锂硫电池因其超高的理论能量密度(2600wh kg
‑1)、低成本和环保而备受研究关注。然而，不可控的锂枝晶生长，硫的绝缘性质，多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中的体积膨胀等问题严重制约了锂硫电池的商业化发展。因此，巧妙设计先进的锂硫电池迫在眉睫，主要是开发抑制多硫化物穿梭的正极和无枝晶的负极载体。
[0003]为研制一种新型载体，以构建稳定的高电化学性能的锂金属负极或硫正极，人们付出了巨大的努力。对于负极侧，已经采用各种方法获得无枝晶锂负极，包括设计人工固体界面层，使用固体电解质和新型电解质添加剂，以及构建亲锂表面的锂载体。一种直接的策略是引入与锂离子浓度梯度相反方向的亲锂梯度，以调节锂离子通量和控制枝晶生长。除锂负极外，自支撑碳基材料因其优异的电子导电性和良好的力学完整性，被认为是最有前途的S载体。此外，将多孔碳材料与极性催化材料集成不仅可以在循环过程中固定多硫化物，还可以加速硫与硫化锂之间的转化。
[0004]尽管取得了令人印象深刻的突破，但这些策略大多集中在解决负极或正极问题上。由于实际的锂硫电池强烈依赖于锂和硫电极之间的协同作用，合理构建既能在负极均匀地沉积/剥离锂，又能在正极侧加速硫和硫化锂转变的多功能载体是实现锂硫电池高性能的策略。
技术实现思路
[0005]本专利技术要解决的其中一个技术问题是提供一种基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，以解决常规方法制备得到的自支撑载体强烈依赖于锂和硫电极之间的协同作用，无法同时实现在负极均匀地沉积/剥离锂且在正极侧加速硫和硫化锂转变的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：C@BN电纺溶液前驱体的制备：将聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺溶液中，进行搅拌，将氮化硼白色粉末加入所述混合溶液中并再次搅拌；
[0008]S2：C fiber电纺溶液前驱体的制备：将聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺溶液中得到混合溶液，进行搅拌；
[0009]S3：PVDF电纺溶液前驱体的制备：将聚偏二氟乙烯溶解在丙酮和二甲基甲酰胺的混合溶液中，进行搅拌，将所述溶液进行静电纺丝，得到电纺纤维膜；
[0010]S4：PVDF/C fiber/BN自支撑载体的制备：将所述步骤S1制备的混合溶液进行电纺，得到的电纺纤维膜；在所述电纺纤维膜继续电纺所述步骤S2制得的混合溶液，得到纳米纤维膜；将所得的纳米纤维膜进行预氧化、碳化处理；将所述步骤S3制备的所述电纺纤维膜通过辊压置于所述纳米纤维膜上，制得基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体。
[0011]作为优选的方案，所述步骤S1中，所述再次搅拌的条件为：在室温下搅拌8小时。
[0012]作为优选的方案，所述S1和S2中，聚丙烯腈的数均分子量为150000；所述S3中，偏二氟乙烯的数均分子量为58000。
[0013]作为优选的方案，所述步骤S1、S2、S3中，所述进行搅拌的条件均为：在60℃下搅拌12小时。
[0014]作为优选的方案，所述步骤S3中，所述静电纺丝的电压为16kV，纺丝速度为1mL h
‑1；所述S4中，所述电纺与所述继续电纺的条件包括：纺丝电压13kV，纺丝速率0.6
‑
0.8mL h
‑1，不锈钢针头与平板接收器距离为10cm。
[0015]作为优选的方案，所述S4中，所述预氧化的温度为250℃，时间为1小时；所述碳化处理是在氩气气氛下，碳化处理温度为800℃，碳化时间为2小时。
[0016]作为优选的方案，所述步骤S4中，所述自支撑载体的厚度为350
‑
400μm。
[0017]作为优选的方案，所述步骤S1中，所述聚丙烯腈与所述二甲基甲酰胺的质量配比为1：(9
‑
10)；所述步骤S2中，所述聚丙烯腈与所述二甲基甲酰胺的质量配比为1：(9
‑
10)；所述步骤S3中，所述聚偏二氟乙烯与、丙酮和二甲基甲酰胺的质量配比为1:(5
‑
6):(5
‑
6)。
[0018]本专利技术要解决的其中一个技术问题是，提供上述方法制备得到的基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体，以提供一种既能在负极均匀地沉积/剥离锂，又能在正极侧加速硫和硫化锂转变的多功能自支撑载体。
[0019]本专利技术要解决的另一个技术问题是，提供所述基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的应用，以解决常规锂硫全电池性能不高的问题。
[0020]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的应用，所述应用包括将所述基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体应用于锂硫全电池正、负极材料的制备中。
[0021]作为优选的方案，所述应用包括：
[0022]锂硫全电池负极制备：将所述自支撑载体，在工作电流密度下通过电沉积的方法将锂金属沉积到纤维上，得到复合锂金属负极Li/PVDF/Cfiber/BN；
[0023]锂硫全电池正极制备：将多硫化锂(Li2S6)溶液滴入PVDF/C fiber/BN载体中，直接作为初始活性物质，制备S/PVDF/C fiber/BN正极，其中，所述多硫化锂的制备方法如下：在锂硫电解质中加入摩尔比5:1的硫粉和Li2S，在充满氩气的手套箱的环境下于60℃下搅拌24小时，制备得到Li2S6溶液。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术的基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体当用作负极载体时，由亲锂的BN纳米片(记为C@BN)层和多孔碳纤维(记为C fiber)层组成的底部亲锂层是通过连续静电纺丝和同时碳化形成的，能够提供丰富的锂成核位点，确保锂从下往上均匀生长的优先级。顶部PVDF疏锂层作为盖子，防止锂离子在负极/隔膜界面上不利的还原。精心设计的载体作为硫宿主，表现出强的吸附性和高的导电性，能够有效抑制多硫化物穿梭效应，促进其高效转
化。
[0026]以往研究通常致力于解决锂硫电池正极或负极侧的问题，较少能同时兼顾正负极的双向保护。本申请通过堆叠不同功能的静电纺丝纤维，实现了PVDF/C fiber/BN的三维自支撑载体的设计，即构建亲硫特性和亲锂梯度的双功能结构作为锂硫电池正负极电极载体。该载体具有良好的导电性和增强的表面极化。同时，具有较强的电极完整性和良好的柔性，能够实现锂硫全电池正负极的双向保护。对于拓宽载体材料的应用范围、提高锂硫全本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：C@BN电纺溶液前驱体的制备：将聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺溶液中，进行搅拌，将氮化硼白色粉末加入所述溶液中并再次搅拌；S2：C fiber电纺溶液前驱体的制备：将聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺溶液中得到混合溶液，进行搅拌；S3：PVDF电纺溶液前驱体的制备：将聚偏二氟乙烯溶解在丙酮和二甲基甲酰胺的混合溶液中，进行搅拌，将所述溶液进行静电纺丝，得到电纺纤维膜；S4：PVDF/C fiber/BN自支撑载体的制备：将所述步骤S1制备的混合溶液进行电纺，得到的电纺纤维膜；在所述电纺纤维膜继续电纺所述步骤S2制得的混合溶液，得到纳米纤维膜；将所述的纳米纤维膜进行预氧化、碳化处理；将所述步骤S3制备的所述电纺纤维膜通过辊压置于所述纳米纤维膜上，制得基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体。2.根据权利要求1所述的基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述再次搅拌的条件为：在室温下搅拌8小时。3.根据权利要求1所述的基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，其特征在于：所述S1和S2中，聚丙烯腈的数均分子量为150000；所述S3中，偏二氟乙烯的数均分子量为58000。4.根据权利要求1所述的基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，其特征在于：所述步骤S1、S2、S3中，所述进行搅拌的条件均为：在60℃下搅拌12小时。5.根据权利要求1所述的基于PVDF/C fiber/BN的自支撑载体的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述静电纺丝的电压为16kV，纺丝速度为1mL h
‑1；所述S4中，所述电纺与所述继续电纺的条件包括：纺丝电压13kV，纺丝速率0.6
‑
0.8mL h
‑1，不锈钢针头与平板接收器距...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海峰，孟婷，官操，马菲，耿泽宇，王笑晗，
申请(专利权)人：西北工业大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：
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