[發明專利]腈綸基鋰硫電池夾層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910652151.8
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110459721B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 胡毅;蔣麗源;沈楨;吳克識
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/44;H01M50/446;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 侯蘭玉

本發明涉及一種具有準分子紫外燈輻照修飾ZnO的腈綸基鋰鋰硫電池夾層材料及其制備方法，屬于儲能體系器件材料技術領域。具有準分子紫外燈輻照修飾ZnO的腈綸基鋰鋰硫電池夾層材料的制備方法方法包括以下步驟：腈綸紗線溶解在DMF中，充分攪拌，靜電紡絲，高溫碳化，得到碳纖維膜，再通過在鋅鹽的水溶液中進行準分子紫外燈輻照，干燥退火后得到修飾有ZnO的碳納米纖維薄膜。本發明制備材料來源環保，流程短且綠色安全，高效清潔。所制備的修飾有ZnO的碳納米纖維薄膜做為鋰硫電池的夾層，該夾層不僅可以物理阻擋多硫化物且能通過高效有力的化學吸附固定多硫化物，使得活性物質能高效利用，從而提高鋰硫電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種儲能體系器件材料，特別涉及一種腈綸基鋰硫電池夾層材料（ZnO-CNF）及其制備方法，屬于儲能體系器件材料技術領域。

背景技術

隨著對新能源和便攜式電子設備的需求及要求日益增長，需開發更為穩定優質的可充電儲能系統。其中鋰硫（Li- S）電池因其較高能量密度（2600 W h kg^-1）和成本低于目前鋰離子電池而成為下一代儲能裝置。然而，其實際應用受到低硫利用率限制，因為硫的電子電導率低導致循環壽命差，以及電化學反應中形成的可溶性多硫化鋰（LiPSs）具有的嚴重穿梭效應。先前的研究主要集中在限制LiPS穿梭和提高電導率。電極通過結合碳，導電聚合物和非碳化學品來捕獲硫。然而，這些非活性組分占據很大空間并且質量大，降低了電極能量密度，因此開發一種更有效的方法來抑制LiPS穿梭非常重要。

隔膜和正極之間的夾層設計可用于阻止LiPS穿梭。碳材料，金屬化合物及其復合材料等通常可用于這樣的夾層。碳材料是理想的輕質屏障，這種非常薄的涂層夾層，可產生長壽命電池，而作為非活性材料，不會給組合電池增加太多的重量和體積。但碳材料只能通過物理方式阻擋LiPS擴散，其非極性表面對極性LiPS的親和力差。因此，引入金屬化合物作為化學捕獲劑，如金屬氧化物（如ZnO,TiO₂）和金屬氮化物（如TiN）等已經在其他電化學儲能裝置中進行了一定的研究。通常，對多硫化物具有強吸附作用的TiO₂已經作為/夾在夾層中。然而，由于其固有的低導電性，固定的LiPS保留在表面上，難以完全參與電化學反應。因此，必須與碳進行復合，因為多硫化物必須擴散到導電碳表面來實現轉化，這導致反應動力學慢阻塞以及效率低。此外，物理吸附和化學捕集因為吸附位點數量有限使得捕集擴散轉化過程逐漸中斷，所以在高硫負荷下性能不佳，并且由于不溶性和絕緣性硫化鋰（Li₂S）在碳表面上積累，吸附/捕集效率大大降低。一些極性導體，可以為氧化還原反應提供吸附位點和高電導率，但其吸附能力遠低于ZnO，TiO₂等金屬氧化物，使得 LiPS的捕獲和轉換效率不佳。因此，對碳材料進行一定的改性和修飾，通過準分子紫外的輻照在其上負載ZnO這種具有優良吸附多硫化物的金屬氧化物，并且由于輻照產生的多種含氧官能團以及對非極性碳表面的潤濕性有良好的改性作用，這種理想的夾層可同時對LiPS吸附/捕獲和轉化，有助于實現具有高硫負載的長循環穩定性以及實現Li-S電池實際應用。

發明內容

本發明提供一種具有準分子紫外燈輻照修飾ZnO的腈綸基鋰硫電池夾層材料。

本發明還提供所述具有準分子紫外燈輻照修飾ZnO的腈綸基鋰硫電池夾層材料的制備方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種具有準分子紫外燈輻照修飾ZnO的腈綸基鋰硫電池夾層材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）紡絲溶液的制備：將腈綸紗線溶解于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中并充分攪拌；

（2）納米纖維薄膜制備方法：將步驟（1）所得的紡絲液通過離心紡絲法、熔融紡絲法或靜電紡絲法制成納米纖維薄膜；