[發明專利]一種室溫鈉硫電池隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 202110339375.0
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112864526A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 文子;董春偉;金波;蔣青
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/44;H01M50/497;H01M10/054
• 代理公司: 蘇州創策知識產權代理有限公司 32322
• 代理人: 周錦全

本發明公開了一種室溫鈉硫電池隔膜的制備方法，涉及室溫鈉硫電池技術領域。制備方法如下：將一定量的硒粉、鉬酸鈉分別加入水合肼和去離子水中形成溶液，轉入高壓反應釜進行水熱反應。前驅體經離心、洗滌、干燥以及退火后得到二硒化鉬/氮摻雜空心碳球復合材料。再將制備的二硒化鉬/氮摻雜空心碳球和氧化石墨烯按照一定的比例加入到盛有500毫升乙醇的燒杯中，用砂芯過濾裝置進行過濾。二硒化鉬為多硫化鈉吸附材料，片層結構的氧化石墨烯可以有效阻擋二硒化鉬/氮摻雜空心碳球復合材料穿過玻璃纖維隔膜。該改性方法生產工藝簡單、成本低、所制得的功能化隔膜表現出優良的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種納米復合材料的制備方法，特別是涉及一種室溫鈉硫電池隔膜的制備方法，屬于先進納米復合材料制備工藝技術領域。

背景技術

自從大約30年前鋰離子電池首次商業化以來，可充電鋰離子電池已成為消費者、健康以及軍事領域中便攜式設備的通用電源。現在，開始進入運輸領域的市場，并且用于負載均衡和電能的大規模存儲來自替代能源，例如風能和太陽能。基于Li⁺/Li氧化還原對的電池具有極具吸引力高壓和較高容量，鋰是正電性最強的金屬(相對于標準氫為-3.04V電極)，并具有非常低的原子質量。在過去的30年中，鋰離子電池容量逐漸提高，但主要組件(包括陰極和陽極材料)并未發生重大改變。

目前，商用鋰離子電池具有理論容量低的特點，越來越不能滿足日益增長的需求，特別是在電動汽車和固定電力存儲設備領域中的應用。因此，開發具有高能量密度、高比容量的新一代電池成為研究熱點。室溫鈉硫電池不僅具有較低的工作溫度，而且還具有更高的理論重量容量(1675毫安時每克)和能量密度(1274瓦時每千克)，基于硫被完全還原為硫化鈉，其理論容量是高溫鈉硫電池的三倍。盡管具有這些優點，室溫鈉硫電池的發展仍受到穿梭效應、枝晶生長和低電導率等難題的限制。因此，發展新型功能化隔膜來改善室溫鈉硫電池電化學性能并促進其實際應用迫在眉睫。

二硒化鉬不僅和可溶性多硫化物存在強烈的相互作用，而且促進中間多硫化物的氧化還原反應動力學，從而提高了硫的利用率。玻璃纖維隔膜常用于室溫鈉硫電池。在充放電過程中，室溫鈉硫電池中易溶解的高階多硫化物中間體會擴散到隔膜區域，然后優先以非活性硫基相關物質的形式沉淀在硫正極表面。另外，聚丙烯隔膜和玻璃纖維隔膜的微米級孔隙絕對不能防止多硫化物的穿梭。如在現有技術““Performance Enhancement andMechanistic Studies of Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries with aCarbon-Coated Functional Nafion Separator and a Na₂S/Activated CarbonNanofiber Cathode”,Xingwen Yu et al.,Chem.Mater.28(2016),896-905”中提到“利用非多孔鈉化Nafion膜作為鈉離子交換分離器，其離子電導率在室溫下高達2.7×10^-5西門子每厘米”，然而其容量大小和循環壽命還有待于進一步提高。還有一部分研究人員利用碳材料來修飾玻璃纖維隔膜或者在正極和玻璃纖維隔膜之間加入插層來限制多硫化物溶解到電解液中形成的穿梭效應。這在一定程度上可以抑制多硫化物的穿梭效應。但是，隨著反應的不斷進行，產生的多硫化物逐漸增多，碳材料的吸附能力會達到極限。由于非極性的碳材料只能通過較弱的范德華力來吸附多硫化物，所以，在長循環過程中，可溶性中間多硫化物仍會溶解到電解液。為了提高室溫鈉硫電池的電化學性能，抑制可溶性中間多硫化物的穿梭是需要解決的技術難題，本發明針對這一問題，提出以二硒化鉬/氮摻雜空心碳球/氧化石墨烯復合材料功能化的玻璃纖維作為室溫鈉硫電池的隔膜，以此提高室溫鈉硫電池的循環穩定性并且提高其放電比容量。

發明內容