【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料电化学，涉及一种锂硫电池用隔膜修饰材料、制备方法及锂硫电池。
技术介绍
1、随着便携式电子设备、新能源汽车、分布式电站等的快速发展，对化学电源的需求日益增加，则需要发展更高能量密度的电池体系。在高能量密度的二次电池中，基于多电子转移反应的锂硫电池可提供2600 wh/kg的理论能量密度，这是商用锂离子电池的3~5倍，因此锂硫电池具有广泛的应用前景。此外，正极活性物质硫具有环境友好、价格低廉的优势，使得锂硫电池成为下一代储能最具有前途的候选人之一。
2、然而，锂硫电池的商业化仍然面临着巨大的挑战，包括硫的绝缘性、多硫化物的穿梭效应、以及s和li2s之间的转换引起巨大的体积变化。其中，穿梭效应是导致锂硫电池性能下降的主要原因。可溶性多硫化物的溶解和迁移造成活性物质的损失和金属锂的损失，导致锂硫电池较差的循环性能。
3、为了抑制穿梭效应，人们在正极设计方面付出了大量努力。目前的研究主要集中在正极材料和结构的设计，如各种空间结构的碳材料与极性金属化合物的复合（chemicalengineering journal 417 (2021) 129241），可有效改善锂硫电池的性能。尽管在正极设计方面取得了巨大的进步，但多硫化物不可避免地在电解液中溶解和迁移。并且在正极中引入非活性材料增加了电极制造的复杂性，限制能量密度的提升。因此，在锂硫电池中引入功能性中间层有助于进一步限制多硫化物的迁移。目前使用的修饰层材料主要由碳材料（npg asia materials (2021) 13:30）、无机
技术实现思路
1、针对锂硫电池中多硫化物的溶解和穿梭问题，本专利技术的技术目的在于提供一种锂硫电池用隔膜修饰材料、制备方法及含该修饰材料的锂硫电池，可实现多硫化物的高效转化，从而提高活性物质的利用效率，实现高能量面密度和易于生产的锂硫电池的制备。
2、第一方面，本专利技术提供一种锂硫电池用隔膜修饰材料，为多金属@多孔碳复合材料m@pc，多孔碳形成的碳层均匀包覆在金属纳米颗粒表面，其中，m为v、gr、mn、fe、co、ni、cu、zn中的两种或两种以上的组合；所述多金属@多孔碳复合材料m@pc中多孔碳的质量百分比为10~30 wt%。
3、锂硫电池用隔膜修饰材料的多金属可以通过金属和金属之间的相互作用调节电子结构，表现出更优异的催化活性，并且高导电性的多金属含有丰富的活性位点，能够有效促进多硫化物的氧化还原过程。而多孔碳层能够限制多硫化物迁移，并保证锂离子的传输及电子的传导。具体而言，具有高催化活性和丰富活性位点的多金属材料在多孔碳层的辅助下能够加快多硫化物的转化，从而抑制多硫化物的穿梭，锂硫电池因此具有更加优异的电化学性能。
4、较佳地，所述锂硫电池用隔膜修饰材料的多金属的任意两种金属的摩尔比例为1:1~1:7。
5、较佳地，所述锂硫电池用隔膜修饰材料的比表面积为80~1200 m2/g。
6、第二方面，本专利技术还提供锂硫电池用隔膜修饰材料的制备方法，包括以下步骤：
7、 s1：将第一金属盐溶解在水中，得到第一水溶液；第一金属盐为氰基金属酸盐且含有金属元素m中的一种；将第二金属盐和螯合剂溶解在水中，得到第二水溶液；第二金属盐为一种或多种氯化物、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐及其水合物，且其含有的金属元素m不同于第一金属盐含有的金属元素；将第一水溶液和第二水溶液混合，搅拌、陈化、分离、干燥后得到普鲁士蓝类似物；
8、s2：将普鲁士蓝类似物分散于单体前驱液或者碳材料的分散液中，混合均匀，干燥，得到前驱粉体；
9、s3：将前驱粉体分散在氢氧化钾水溶液中，干燥后在惰性气氛中煅烧，获得锂硫电池用隔膜修饰材料。
10、较佳地，步骤s1中，第一金属盐为六氰基铬酸盐、六氰基锰酸盐、亚铁氰化盐、六氰基钴酸盐、六氰基镍酸盐中的一种；第二金属盐为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌的氯化物、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐及其水合物中的一种或多种；螯合剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、焦磷酸钠中的至少一种。
11、较佳地，第一金属盐和第二金属盐的摩尔比为1:7~7:1，优选为1:1；螯合剂和第二金属盐的摩尔比为1:1~8:1。
12、较佳地，步骤s2中，单体为多巴胺、吡咯、噻吩、苯胺中的任何一种；碳材料为石墨烯、碳纳米管、科琴黑中的任何一种；优选地，普鲁士蓝类似物和单体或者碳材料的质量比为1:1~5:1。
13、较佳地，步骤s3中，前驱粉体和氢氧化钾的质量比为 1:1~3:1。
14、较佳地，步骤s3中，煅烧温度为700~900 oc，煅烧时间为1~3 h；优选地，升温至煅烧温度的升温速率为1~5 oc/min。
15、第三方面，本专利技术提供一种锂硫电池，包括：正负极电池壳、修饰性隔膜、硫正极、锂负极、集流体和电解液；分别按照正极电池壳、硫正极、电解液、修饰性隔膜、电解液、锂负极、集流体和负极电池壳的顺序组装形成扣式电池；其中，修饰性隔膜上述任一项所述的锂硫电池用隔膜修饰材料。
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1. 锂硫电池用隔膜修饰材料，其特征在于，锂硫电池用隔膜修饰材料为多金属@多孔碳复合材料M@PC，多孔碳形成的碳层均匀包覆在金属纳米颗粒表面，其中，M为V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的两种或两种以上的组合；所述多金属@多孔碳复合材料M@PC中多孔碳的质量百分比为10~30 wt%。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池用隔膜修饰材料，其特征在于，所述锂硫电池用隔膜修饰材料的多金属的任意两种金属的摩尔比例为1:1~1:7。
3. 根据权利要求1或2所述的锂硫电池用隔膜修饰材料，其特征在于，所述锂硫电池用隔膜修饰材料的比表面积为80~1200 m2/g。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂硫电池用隔膜修饰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，第一金属盐为六氰基铬酸盐、六氰基锰酸盐、亚铁氰化盐、六氰基钴酸盐、六氰基镍酸盐中的一种；第二金属盐为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌的氯化物、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐及其水合物中的一种或多种；螯合剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾、聚乙
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，第一金属盐和第二金属盐的摩尔比为1:7~7:1，优选为1:1；螯合剂和第二金属盐的摩尔比为1:1~8:1。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，单体为多巴胺、吡咯、噻吩、苯胺中的任何一种；碳材料为石墨烯、碳纳米管、科琴黑中的任何一种；优选地，普鲁士蓝类似物和单体或者碳材料的质量比为1:1~5:1。
8. 根据权利要求4至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，前驱粉体和氢氧化钾的质量比为 1:1~3:1。
9. 根据权利要求4至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，煅烧温度为700~900 oC，煅烧时间为1~3 h；优选地，升温至煅烧温度的升温速率为1~5 oC/min。
10.锂硫电池，其特征在于，包括：正负极电池壳、修饰性隔膜、硫正极、锂负极、集流体和电解液；分别按照正极电池壳、硫正极、电解液、修饰性隔膜、电解液、锂负极、集流体和负极电池壳的顺序组装形成扣式电池；其中，修饰性隔膜采用权利要求1至3中任一项所述的锂硫电池用隔膜修饰材料。
...【技术特征摘要】
1. 锂硫电池用隔膜修饰材料，其特征在于，锂硫电池用隔膜修饰材料为多金属@多孔碳复合材料m@pc，多孔碳形成的碳层均匀包覆在金属纳米颗粒表面，其中，m为v、gr、mn、fe、co、ni、cu、zn中的两种或两种以上的组合；所述多金属@多孔碳复合材料m@pc中多孔碳的质量百分比为10~30 wt%。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池用隔膜修饰材料，其特征在于，所述锂硫电池用隔膜修饰材料的多金属的任意两种金属的摩尔比例为1:1~1:7。
3. 根据权利要求1或2所述的锂硫电池用隔膜修饰材料，其特征在于，所述锂硫电池用隔膜修饰材料的比表面积为80~1200 m2/g。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂硫电池用隔膜修饰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，第一金属盐为六氰基铬酸盐、六氰基锰酸盐、亚铁氰化盐、六氰基钴酸盐、六氰基镍酸盐中的一种；第二金属盐为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌的氯化物、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐及其水合物中的一种或多种；螯合剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾、聚乙烯吡咯烷酮、焦磷酸钠中的至少一...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳俊，施凯莹，温兆银，吴相伟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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