【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池，具体而言，涉及一种锂硫电池中间层材料及其制备方法、锂硫电池。
技术介绍
1、锂硫电池具有高理论能量密度(2600wh kg-1)、低成本、环境兼容性等优势，是极具潜力的新一代电池系统。然而，现阶段锂硫电池的实际能量密度仍低于市场预期值，其中充放电过程中可溶性多硫化物在电解液中的穿梭效应、电池内部电化学反应动力学缓慢、金属锂不可控枝晶生长等问题制约了锂硫电池能量密度和循环性能的提升，阻碍了锂硫电池的商业化。
2、近年来，多硫化物转化催化剂引起了人们广泛研究。目前大多数单组分催化剂的表现差强人意，难以加速多硫化物的不间断转化，导致锂硫电池的实际充放电容量和长循环性能不佳。结合两种或多种催化材料来构建异质结构成为了一种提高多硫化物催化转化活性的有效策略，其不仅可以结合不同的异质组分的优点实现协调效应，还能够产生新的界面结构，为多硫化物捕获及转化提供额外的催化活性位点。关于异质结构催化剂在锂硫电池的研究中，人们更多聚焦在构建金属氧化物与金属硫化物的复合异质结构，然而由于金属硫化物容易发生不可逆氧化，金属氧化物与金属硫化物形成的异质结构稳定性仍有待提升。
技术实现思路
1、本申请提供了一种锂硫电池中间层材料及其制备方法、锂硫电池，其能够提高中间层材料异质结构的稳定性。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种锂硫电池中间层材料，中间层材料包括：导电基底层和附着于导电基底层至少部分表面的催化层，催化层包括纳米结构氧化物和锰氧化物，纳米结构氧化物附着于导电基底
3、本申请实施例的技术方案中，通过锰氧化物和纳米结构氧化物形成异质结构实现催化活性的提升，并且氧化物相对硫化物具有更高的稳定性，进而提高整个中间层材料异质结构的稳定性。同时，将在导电基底层上附着催化层，利用导电基体的导电性，以及催化层对多硫化物较好的锚定能力，实现调控吸附中心电子结构，并能有效地捕获多硫化物中间体并加速其氧化还原动力学。
4、作为一种可选的实施方式，纳米结构氧化物呈纳米花状。
5、在上述实施过程中，呈纳米花状的纳米结构氧化物具有较大的比表面积，能够提高有效催化面积。同时对多硫化物具有较好的锚定能力。
6、作为一种可选的实施方式，纳米结构氧化物包括ti、al、si、sn、v、cr、fe、co、ni、cu、zn、zr、mo、w、la和ce中至少一种的氧化物；和/或
7、锰氧化物包括mno2；和/或
8、异质结构界面层包括二价锰的氧化物和三价锰的氧化物中的至少一种；和/或
9、导电基底层包括碳纸。
10、在上述实施过程中，碳纸具有耐高温、耐腐蚀、重量轻、强度好、导电性高、碳纤维表面光滑等特点，适宜于作为导电基底层。并且，催化层能够在碳纸上较为容易的实现生长制备。
11、第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面提供的锂硫电池中间层材料的制备方法，方法包括：
12、利用水热法在导电基底层的至少部分表面生长纳米结构氧化物，得到第一中间品；
13、在第一中间品上沉积碳层，得到第二中间品；
14、利用水热处理在第二中间品的纳米结构氧化物的至少部分表面生长锰氧化物，得到初品
15、对初品进行热处理，得到中间层材料。
16、本申请实施例的技术方案中，通过先后在导电基底层上生长纳米结构氧化物和锰氧化物，纳米结构氧化物和锰氧化物形成异质结构实现了对催化活性的提升；并且氧化物相对硫化物具有更高的稳定性，进而提高整个中间层材料异质结构的稳定性。同时，将在导电基底层上附着催化层，利用导电基体的导电性，以及催化层对多硫化物较好的锚定能力，实现调控吸附中心电子结构，并能有效地捕获多硫化物中间体并加速其氧化还原动力学。并且在制备过程中，通过先在第一中间品上沉积一层碳层，然后在碳层上进行水热处理生长锰氧化物，利用碳和锰氧化物的前驱体的反应，使得锰氧化物和纳米结构氧化物形成的异质结构更加稳定。
17、作为一种可选的实施方式，沉积碳层的碳源包括葡萄糖，碳源的摩尔用量为0.0001～0.003mol；锰氧化物的前驱体包括高锰酸钾，高锰酸钾的摩尔用量为0.00002～0.0005mol。
18、在上述实施过程中，通过调控碳源和锰氧化物的前驱体的用量，可实现对锰氧化物和纳米结构氧化物之间异质结构界面层的调控，进而提高催化活性位点的数量。
19、作为一种可选的实施方式，水热法的温度为100～200℃；和/或
20、水热法的时间为5～24h；和/或
21、水热处理的温度为100～140℃；和/或
22、水热处理的时间为4～6h。
23、在上述实施过程中，通过对水热法和水热处理的温度和时间的调控，可实现催化层形貌的调控。控制水热法的温度为180～220℃、时间为9～11h，水热处理的温度为100～140℃、时间为4～6h，有利于在碳纸上生长均一形貌的纳米氧化物结构。
24、作为一种可选的实施方式，热处理的温度为450～550℃；和/或
25、热处理的时间为1.5h～2.5h。
26、在上述实施过程中，热处理能够提高锰氧化物和纳米结构氧化物的结晶度和稳定性，同时还能使氧化物与少量未反应的碳发生还原反应，生成低价态的金属氧化物，从而调节催化活性。
27、作为一种可选的实施方式，方法还包括对导电基底层进行预处理，以使导电基底层表面附着亲水基团。
28、在上述实施过程中，通过对导电基底层预处理，使得其表面附着亲水基团，更有利于纳米结构氧化物的生长制备。
29、第三方面，本申请实施例提供了一种锂硫电池，锂硫电池包括阴极，阴极的表面设有中间层，中间层包括第一方面提供的中间层材料或第二方面提供的方法制得的中间层材料。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锂硫电池中间层材料，其特征在于，所述中间层材料包括：导电基底层和附着于所述导电基底层至少部分表面的催化层，所述催化层包括纳米结构氧化物和锰氧化物，所述纳米结构氧化物附着于所述导电基底层，所述锰氧化物附着于所述纳米结构氧化物的至少部分表面，所述锰氧化物和所述纳米结构氧化物之间存在异质结构界面层，所述异质结构界面层存在至少部分暴露面。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池中间层材料，其特征在于，所述纳米结构氧化物呈纳米花状。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池中间层材料，其特征在于，所述纳米结构氧化物包括Ti、Al、Si、Sn、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、W、La和Ce中至少一种的氧化物；和/或
4.一种权利要求1至3中任一项所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
5.根据权利要求4所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述沉积碳层的碳源包括葡萄糖，所述碳源的摩尔用量为0.0001～0.003mol；所述锰氧化物的前驱体包括高锰酸钾，所述高锰酸钾的摩尔用量为0.00002～0.
6.根据权利要求4所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述水热法的温度为100～200℃；和/或
7.根据权利要求4所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述水热处理的温度为100～140℃；和/或
8.根据权利要求4所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为450～550℃；和/或
9.根据权利要求4所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括对导电基底层进行预处理，以使所述导电基底层表面附着亲水基团。
10.一种锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池包括阴极，所述阴极的表面设有中间层，所述中间层包括权利要求1至3中任一项所述的中间层材料或权利要求4至9中任一项所述的方法制得的中间层材料。
...【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池中间层材料，其特征在于，所述中间层材料包括：导电基底层和附着于所述导电基底层至少部分表面的催化层，所述催化层包括纳米结构氧化物和锰氧化物，所述纳米结构氧化物附着于所述导电基底层，所述锰氧化物附着于所述纳米结构氧化物的至少部分表面，所述锰氧化物和所述纳米结构氧化物之间存在异质结构界面层，所述异质结构界面层存在至少部分暴露面。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池中间层材料，其特征在于，所述纳米结构氧化物呈纳米花状。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池中间层材料，其特征在于，所述纳米结构氧化物包括ti、al、si、sn、v、cr、fe、co、ni、cu、zn、zr、mo、w、la和ce中至少一种的氧化物；和/或
4.一种权利要求1至3中任一项所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
5.根据权利要求4所述的锂硫电池中间层材料的制备方法，其特征在于，所述沉积碳层的碳源包括葡萄糖，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：林芷倩，林海斌，王晓飞，韩松柏，朱金龙，赵予生，钱黎愿，王芸，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。