【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂硫电池，尤其涉及一种锆基柔性纳米碳纤维膜及其制备方法和锂硫电池正极及锂硫电池。
技术介绍
1、目前主流的锂离子电池有限的能量密度难以满足高能量密度设备的使用，而锂硫(li-s)电池凭借其2600wh/kg的理论能量密度备受关注。尽管li-s电池具有令人着迷的优点，但其实际应用仍然模糊不清，这主要归因于几个技术挑战。通常情况下，硫类固有的较差的电子/离子电导率及其多电子参与的固液转换决定了硫电化学反应的缓慢动力学。此外，中间的多硫化锂(lithium polysulides，lips)在醚基电解质中的强溶剂化使活性物质损失严重，而lips的往返迁移进一步诱发了所谓的“穿梭效应”，导致库仑效率低，可循环性差。
2、从设计li-s电池系统的一开始就存在上述基本问题，在不断提高电池性能以接近最终商业化目标的过程中，各种衍生问题逐渐被解开。在过去的十年里，世界各地的实验室都在进行关于锂电池的基础研究，它在带来有希望的性能改进的同时，也逐渐解开了谜团。然而，到目前为止，大多数实验室规模的进展都是基于硫负载低于2mg/cm2的锂硫电池，远低于实际应用的要求。因此，高硫负载研究是弥合实验室规模研究与产业化差距的关键。
3、因此，研究人员有责任在更大的范围内验证锂硫电池的可行性和稳定性。根据以往报道的计算，要实现li-s电池所期盼的高能量密度，硫的面负载量需要大于5mg/cm2。不幸的是，从低硫负载量电极配置到制造高硫负载量锂硫电池的简单扩展是不现实的，因为更厚的电极层将引入全新的难题，比如硫的有效利用率低
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种锆基柔性纳米碳纤维膜及其制备方法和锂硫电池膜反应器。本专利技术提供的制备方法制得的锆基柔性纳米碳纤维膜提高了锂硫电池的硫负载量、比容量和面容量。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种锆基柔性纳米碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
4、将锆源、高分子聚合物和有机溶剂混合，形成纺丝液；
5、将所述纺丝液进行静电纺丝，得到纤维膜；
6、将所述纤维膜进行碳化，得到所述锆基柔性纳米碳纤维膜。
7、优选地，所述锆源包括有机锆源和/或无机锆源，所述有机锆源包括锆酸四丁酯和/或二氯二茂锆，所述无机锆源包括氯化锆。
8、优选地，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈和/或聚乙烯吡咯烷酮。
9、优选地，所述有机溶剂包括n,n二甲基甲酰胺和/或n-甲基吡咯烷酮。
10、优选地，所述锆源、高分子聚合物和有机溶剂的用量比为2～10ml：0.6～2.0g：5～20ml。
11、优选地，所述纺丝液中还包括造孔剂；所述造孔剂包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和石蜡中的一种或多种；所述造孔剂和高分子聚合物的质量比为0.1～1：0.6～2.0。
12、优选地，所述碳化的温度为600℃～1400℃，时间为1～16h；升温至所述碳化的温度的升温速率为1℃/min～10℃/min；所述碳化包括氮气、氩气、氨气、含硒气氛或含碲气氛。
13、本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的锆基柔性纳米碳纤维膜。
14、本专利技术还提供了一种锂硫电池正极，包括层叠设置的第一膜反应器、硫正极和第二膜反应器；所述第一膜反应器和第二膜反应器为上述技术方案所述的锆基柔性纳米碳纤维膜。
15、本专利技术还提供了一种锂硫电池，包括正极、锂负极、电解液和隔膜；
16、所述正极为上述技术方案所述的锂硫电池正极。
17、本专利技术提供了一种锆基柔性纳米碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：将锆源、高分子聚合物和有机溶剂混合，形成纺丝液；将所述纺丝液进行静电纺丝，得到纤维膜；将所述纤维膜进行碳化，得到所述锆基柔性纳米碳纤维膜。
18、本专利技术将锆源和高分子聚合物形成的纺丝液经静电纺丝形成纤维膜，再对纤维膜进行碳化，得到了具有高导电、微观结构和锆基化合物纳米粒子为活性位点的锆基柔性纳米碳纤维膜。具有微观结构和锆基化合物纳米粒子活性位点的锆基柔性纳米碳纤维膜对多硫化合物具有优异化学/物理吸附特性。同时，锆基化合物纳米粒子具有优异的电催化特性，能够加速多硫化物之间高效转换，实现高效电子转移和离子扩散，并实现高硫利用率，实现优异面容量的电化学性能，其作为正极应用于锂硫电池时，能够使锂硫电池具有突出的倍率性能和循环稳定性，推动了锂硫电池向低空经济应用方向发展。另外，锆基柔性纳米碳纤维膜通过与高硫负载硫正极(大于6mg/cm2)共同构筑“三明治”新型硫正极，得到了高比容量和面容量的锂硫电池。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锆基柔性纳米碳纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锆源包括有机锆源和/或无机锆源，所述有机锆源包括锆酸四丁酯和/或二氯二茂锆，所述无机锆源包括氯化锆。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈和/或聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N,N二甲基甲酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锆源、高分子聚合物和有机溶剂的用量比为2～10mL：0.6～2.0g：5～20mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液中还包括造孔剂；所述造孔剂包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和石蜡中的一种或多种；所述造孔剂和高分子聚合物的质量比为0.1～1：0.6～2.0。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为600℃～1400℃，时间为1～16h；升温至所述碳化的温度的升温速率为1℃/min～10℃
8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的锆基柔性纳米碳纤维膜。
9.一种锂硫电池正极，其特征在于，包括层叠设置的第一膜反应器、硫正极和第二膜反应器；所述第一膜反应器和第二膜反应器为权利要求8所述的锆基柔性纳米碳纤维膜。
10.一种锂硫电池，其特征在于，包括正极、锂负极、电解液和隔膜；
...【技术特征摘要】
1.一种锆基柔性纳米碳纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锆源包括有机锆源和/或无机锆源，所述有机锆源包括锆酸四丁酯和/或二氯二茂锆，所述无机锆源包括氯化锆。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈和/或聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括n,n二甲基甲酰胺和/或n-甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锆源、高分子聚合物和有机溶剂的用量比为2～10ml：0.6～2.0g：5～20ml。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液中还包括...
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。