一种P-Ov-In2O3纳米球的制备方法及其在锂硫电池隔膜中的应用技术

本发明专利技术公开了一种P

【技术实现步骤摘要】
一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法及其在锂硫电池隔膜中的应用


[0001]本专利技术涉及锂硫电池
，尤其是涉及一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法及其在锂硫电池隔膜中的应用。

技术介绍

[0002]随着化石能源的枯竭，绿色能源的兴起，锂硫电池由于具有较高容量(1675mAh g
‑1)、能量密度(2600Whkg
‑1)使其最具储能性能。其次，得益于单质硫的丰富储存和无污染等优势，锂硫电池在未来化学电源开发中具有无可比拟的商业价值和应用前景。然而，锂硫电池仍然面临许多问题，如充放电过程中的体积膨胀、硫和硫化锂(Li2S)的导电性差、多硫化物(Li2S
n
，4≤n≤8)的穿梭效应。这些问题导致锂硫电池循环寿命短，库伦效率低。其中，较严重的问题是Li2S
n
的穿梭效应，在锂硫电池化学反应过程中，可溶性Li2S
n
可以穿梭于聚丙烯隔膜中，造成活性物质的损失。此外，当Li2S
n
向负极穿梭时，部分Li2S
n
直接与金属锂反应，在锂表面被过度还原为Li2S，使电池容量衰减严重。因此，抑制穿梭效应更能使锂硫电池发挥优势。
[0003]抑制穿梭效应的有效解决方案是在电池充放电过程中通过对Li2S
n
的物理限制和化学吸附/催化，减少Li2S
n
的穿梭机会，抑制穿梭效应，从而提高电池性能。目前，许多碳基材料，如碳纳米管、石墨烯、多孔碳已被报道。但由于Li2S
n
具有化学极性，碳材料具有非极性，两者之间的物理吸附较弱，不能有效抑制穿梭效应。与非极性碳材料不同，极性材料(如金属氧化物、硫化物、氮化物和碳化物等)被证明对Li2S
n
具有较强的化学吸附能力和催化转化能力。其中，金属氧化物的表面含有亲水官能团，金属阳离子和氧阴离子之间的极性化学键可以提供足够的极性活性位点来锚定Li2S
n
。在这一过程中，金属氧化物具有其他材料无法比拟的优势。作为金属氧化物的In2O3，不仅具有较小的电阻率，还具有较高的催化活性，在锂硫电池中得到广泛应用。In2O3可以实现加速硫氧化还原反应动力学，抑制穿梭效应，从而提高电池性能。最近研究表明，缺陷工程可以破坏晶体表面电荷平衡状态，有效暴露活性位点。此外，与无缺陷相比，缺陷周围的电子具有丰富的活性，可以作为Li2S
n
的吸附和催化位点，加速S8向Li2S的转化，从而提高锂硫电池电化学性能。因此，在In2O3中引入缺陷可以改变电子态，为限制Li2S
n
和加速Li2S
n
的转化提供了机会。然而，关于In2O3缺陷工程的研究鲜有报道，因此，合成含有缺陷的In2O3对高性能锂硫电池的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法及其在锂硫电池隔膜中的应用，合成同时含有磷掺杂和氧缺陷的In2O3纳米球，使其作为修饰隔膜的材料，由于氧缺陷和磷掺杂的引入，表现出对Li2Sn较强的化学吸附/催化能力并提高了电子的传导速率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法及其在锂硫电池隔膜中的应用，包括以下步骤：
[0006]S1、向盛有乙二醇的玻璃瓶中加入In(NO3)3·
2H2O，磁力搅拌直至溶液澄清透明；
[0007]S2、然后将盛有步骤S1所得溶液的玻璃瓶放置于盛有次亚磷酸的反应釜内衬中，将反应釜置于鼓风干燥箱中反应，获得P
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Ov
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In2O3NSs沉淀；
[0008]S3、最后将P
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Ov
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In2O3NSs沉淀通过去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在鼓风干燥箱50℃下干燥24h，获得P
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Ov
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In2O3NSs纳米球。
[0009]优选的，所述乙二醇与次亚磷酸的比例为7：6。
[0010]优选的，步骤S1中，所述向盛有乙二醇的玻璃瓶中加入In(NO3)3·
2H2O为每7mL乙二醇添加40mg In(NO3)3·
2H2O。
[0011]优选的，步骤S2中，所述反应的反应温度为200℃，反应时间为6h。
[0012]本专利技术还提供了一种P
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Ov
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In2O3纳米球在锂硫电池隔膜中的应用。
[0013]优选的，包括以下步骤：
[0014](1)制备P
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Ov
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In2O3NSs改性隔膜；
[0015](2)制备正极片；
[0016](3)组装电池。
[0017]优选的，步骤(1)中，所述P
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Ov
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In2O3NSs改性隔膜包括：将P
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Ov
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In2O3NSs纳米球、乙炔黑与聚偏氟乙烯按照质量比为8：1：1置于玻璃瓶中，磁力搅拌12h得到混合浆液；
[0018]将混合浆液涂覆在隔膜上，得到P
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Ov
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In2O3NSs改性隔膜；
[0019]将得到的P
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Ov
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In2O3NSs改性隔膜在50℃鼓风干燥箱中烘干1h后转移到50℃真空干燥箱中干燥12h，随后裁为直径16mm的圆形隔膜片。
[0020]优选的，步骤(2)中，所述制备正极片包括：将S与CNTs按照质量比为4：1充分研磨后干燥得到S
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CNTs粉末；
[0021]将S
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CNTs粉末、乙炔黑与聚偏氟乙烯按照8：1：1的质量比例混合，然后涂覆在碳涂铝箔上，于50℃条件下干燥，干燥后裁为直径为12mm S
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CNTs圆形正极片。
[0022]优选的，步骤(3)中，所述组装电池包括：在氩气手套箱中进行，以金属锂片为负极，S
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CNTs圆形正极片为正极，P
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Ov
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In2O3NSs改性隔膜为隔膜，所需电解液成分的相应比例如下：DOL和DME的体积比为1：1，LiTFSI的浓度为1M，LiNO3的浓度为0.1M。
[0023]因此，本专利技术采用上述一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法及其在锂硫电池隔膜中的应用，其技术效果如下：
[0024](1)氧缺陷的引入破坏了晶体表面电荷平衡，改变了电子态，为Li2Sn提供了高效的活性位点，加快Li2Sn的转化。
[0025](2)磷掺杂加快了离子扩散动力学，提高了材料导电性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、向盛有乙二醇的玻璃瓶中加入In(NO3)3·
2H2O，磁力搅拌直至溶液澄清透明；S2、然后将盛有步骤S1所得溶液的玻璃瓶放置于盛有次亚磷酸的反应釜内衬中，将反应釜置于鼓风干燥箱中反应，获得P
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Ov
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In2O3NSs沉淀；S3、最后将P
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Ov
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In2O3NSs沉淀通过去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在鼓风干燥箱50℃下干燥24h，获得P
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Ov
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In2O3NSs纳米球。2.根据权利要求1所述的一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法，其特征在于，所述乙二醇与次亚磷酸的比例为7：6。3.根据权利要求1所述的一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述向盛有乙二醇的玻璃瓶中加入In(NO3)3·
2H2O为每7mL乙二醇添加40mgIn(NO3)3·
2H2O。4.根据权利要求1所述的一种P
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Ov
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In2O3纳米球的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应的反应温度为200℃，反应时间为6h。5.一种P
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Ov
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In2O3纳米球在锂硫电池隔膜中的应用。6.根据权利要求5所述的一种P
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Ov
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In2O3纳米球在锂硫电池隔膜中的应用，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备P
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Ov
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In2O3NSs改性隔膜；(2)制备正极片；(3)组装电池。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：金占双，刘思雨，高雨萌，韩冰，李俊杰，
申请(专利权)人：河北北方学院，
类型：发明
国别省市：