一种锂硫电池MoN制造技术

本发明专利技术涉及锂硫电池的技术领域，具体涉及一种锂硫电池MoN

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池MoN
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Li负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂硫电池的
，具体涉及一种锂硫电池MoN
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Li负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]研究和发展具有高能量密度的可循环充放电的二次电池已经成为全球关注的能源存储问题。锂硫电池因具有极高的理论容量和能量密度，以及对环境友好等优点，受到了广泛的关注。因此，锂硫电池被认为是最具潜力的下一代可循环充放电电池。锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极的二次电池。然而在负极锂片表面因化学反应动力学、热力学等因素的影响，使得电子分布不均匀，进而造成锂片表面凹凸不平。不平整的锂片使得电流密度分布不均匀，在电流密度高处易生成锂金属进而诱导锂枝晶的生长。横向生长的锂枝晶会增加金属锂与电解液的接触面积，纵向生长的锂枝晶易刺穿电池隔膜，引起短路等安全性问题。因此，负极锂枝晶的生长成为限制锂硫电池发展的重要因素。
[0003]为了克服上述障碍，过去十年提出了许多策略，包括电解液优化、功能化隔离层、构建三维电流收集器和构建人工SEI层。一般来说，由于锂金属的费米能级高于几乎所有有机电解质的最低未占据的分子轨道能级，有机/无机钝化SEI层必然会在锂金属表面生成天然的SEI层不均匀且力学弱，通过诱导协同电场和局部锂离子流动加速锂枝晶的生长。因此，设计具有特定性能的人工SEI层以抑制激进的枝晶生长和电解液/电极的副反应变得至关重要。因此,最佳的人工层应具有足够的力学强度以承受锂枝晶的应力，并且具有亲锂性特性以引导锂金属的均匀沉积。
[0004]在目前的研究中，Dasgupta团队报道了一个典型的例子，他们通过化学气相沉积方法在锂金属上沉积了Al2O3。Al2O3涂层的对称电池在失效之前保持了1259个循环。另外，还通过氮等离子体在锂金属表面原位沉积了一层Li3N保护层，这些对称电池在0.5mAh cm
–2和1mAh cm
–2下展示了稳定的电压曲线500小时。尽管这些方法或保护层可以提高电化学性能，但由于复杂的实验过程和昂贵的设备，这些方法或保护层很难扩大应用于实际应用。
[0005]目前，很少有报道的保护层能够满足实际锂金属电池的前述所有要求。因此，如何使用简单易行且可传播的方法构建具有多功能(如优异的力学性能、高界面能和出色的亲锂性)的人工界面，以实现无枝晶和超稳定的锂金属电池，仍然是一个巨大的挑战。当下，由于具有高扩散系数的异质结界面能够实现快速离子扩散通量，异质结构功能材料引起了极大的关注。因此，通过内建电场的效应，异质结构材料已经被开发为改善反应动力学的可行途径，其离子扩散动力学优于纯材料。此外，富含相界面的异质结构能够加速固态扩散并产生显著的伪电容效应，从而提高速率性能。具体来说，一些异质结构复合材料可以在碱金属矿化后从半导体转变为金属，这可以提供沉积位点并解决导电性差的问题。
[0006]因此，适当构建异质结构材料被认为是显著提高先进碱金属电池的电化学性能的有效方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种锂硫电池MoN
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Li负极材料的制备方法，制备工艺简单易行，成本低廉，制备的MoN
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Li负极材料，采用MoN
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纳米带作为具有异常稳定性的锂负极的中间层，这种新颖的MoN
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异质结构界面具有良好的电解液润湿性、强大的力学强度和高表面能，可以有效抑制锂枝晶的生长，本专利技术制备的MoN
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Li负极材料在锂硫电池领域有很好的应用前景。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供一种锂硫电池MoNx
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Li负极材料，采用MoN
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异质结构修饰的Li电极具有较小的过电位，可以有效抑制锂枝晶的生长，具有大幅提升的循环稳定性。
[0009]本专利技术实现目的之一所采用的方案是：一种锂硫电池MoN
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Li负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤A：将一定量的钼酸盐溶解于酸化水中得到混合溶液，搅拌均匀后进行水热反应，反应完成后对产物进行洗涤得到三氧化钼纳米带，将所述三氧化钼纳米带在氨气气氛下进行退火处理，即得到异质结构MoN
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纳米带；
[0011]步骤B：将所述异质结构MoN
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纳米带和粘结剂混合后在惰性气氛下加入到溶剂中，超声混合均匀得到悬浮液；
[0012]步骤C：惰性气氛下，将步骤B所得悬浮液滴涂于锂箔表面，干燥后即得所述锂硫电池MoN
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Li负极材料。
[0013]优选地，所述步骤A中，将硝酸或硫酸与双蒸水混合得到酸化水，硝酸的质量百分数为60％
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70％，硫酸的质量百分数为10％
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30％，硝酸或硫酸与双蒸水室温下体积比均为1：5～6。
[0014]优选地，所述步骤A中，水热反应的温度为180～220℃。
[0015]优选地，所述步骤A中，退火温度为650
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900℃，保温时间为2
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4h。
[0016]优选地，所述步骤A中，钼酸盐为钼酸铵或钼酸钠，混合溶液中钼酸盐的浓度为15～25mg mL
–1。
[0017]以钼酸铵为原材料，成本相对较低，制备工艺简单易行，且热解离出的NH3气随加热可充分逸出，不再污染产品。
[0018]优选地，所述步骤B中，粘结剂为聚偏二氟乙烯或聚环氧乙烷，粘结剂与MoN
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纳米带的质量比为1：9～10。
[0019]优选地，所述步骤B中，溶剂为N
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甲基吡咯烷酮或乙二醇二甲醚，悬浮液中MoN
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[0020]纳米带的浓度为0.1wt％
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0.5wt％。
[0021]优选地，所述步骤C中，MoN
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载量标准为0.4～0.5mg cm
–2，干燥温度低于90℃。
[0022]本专利技术实现目的之二所采用的方案是：一种锂硫电池MoN
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Li负极材料，采用所述的制备方法制得，所述MoN
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Li负极材料中X的取值范围为1
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4。
[0023]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0024]本专利技术首次通过简单的滴涂法开发了一种异质结构、亲锂和多功能的Mo3N2/MoN(称为MoN
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)纳米带作为具有异常稳定性的锂负极的中间层(称为MoN
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Li)。这种新颖的MoN
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异质结构界面具有良好的电解液润湿性、强大的力学强度和高表面能，可以有效抑制锂枝晶的生长。
[0025]本专利技术的制备方法工艺简单易行，易于调节和工业化生产。
[0026]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池MoN
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Li负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：将一定量的钼酸盐溶解于酸化水中得到混合溶液，搅拌均匀后进行水热反应，反应完成后对产物进行洗涤得到三氧化钼纳米带，将所述三氧化钼纳米带在氨气气氛下进行退火处理，即得到异质结构MoN
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纳米带；步骤B：将所述异质结构MoN
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纳米带和粘结剂混合后在惰性气氛下加入到溶剂中，超声混合均匀得到悬浮液；步骤C：惰性气氛下，将步骤B所得悬浮液滴涂于锂箔表面，干燥后即得所述锂硫电池MoN
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Li负极材料。2.根据权利要求1所述的锂硫电池MoN
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Li负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，将硝酸或硫酸与双蒸水混合得到酸化水，硝酸的质量百分数为60％
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70％，硫酸的质量百分数为10％
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30％，硝酸或硫酸与双蒸水室温下体积比均为1：5～6。3.根据权利要求1所述的锂硫电池MoN
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Li负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，水热反应的温度为180～220℃。4.根据权利要求1所述的锂硫电池MoN
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Li负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，退火温度为650
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900℃，保温时间为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：王雨晨，贺加瑞，汪涛，吴宇平，陆胤旭，安徽，陈泽皓，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：