[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層、制備方法及鋰硫電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110593762.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113421990A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊蓉;孟慶龍;李明旭;劉瑩;陳紹征;樊潮江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/04
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/04;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層、制備方法及鋰硫電池，方法包括以下步驟，步驟1，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行清洗干燥后得到中性生物質(zhì)；步驟2，將步驟1中的中性生物質(zhì)加入含鐵溶液中，干燥得到鐵基生物質(zhì)；步驟3，將步驟2中的鐵基生物質(zhì)進(jìn)行煅燒得到鐵基生物質(zhì)碳；步驟4，將步驟3中的鐵基生物質(zhì)碳經(jīng)壓片后得到鐵基生物質(zhì)碳中間層。本發(fā)明中所使用的生物質(zhì)碳基材料具有較好的導(dǎo)電性能、吸附性能且制備流程較為簡(jiǎn)單，原材料來(lái)源廣泛，由其制成的中間層對(duì)于鋰硫電池中由于氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的多硫化物有一定的吸附作用，可以抑制穿梭效應(yīng)，進(jìn)而有效地提升電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，隨著便攜式電子設(shè)備的普及，人們對(duì)能源儲(chǔ)存系統(tǒng)提出了愈來(lái)愈高的要求，以硫?yàn)檎龢O，金屬鋰為負(fù)極的鋰硫電池由于其理論比容量較高，且具有成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在減少化石燃料的使用方面具有較好的應(yīng)用前景。

但是，鋰硫電池的缺陷極大地限制了它的發(fā)展，其中“穿梭效應(yīng)”時(shí)導(dǎo)致鋰硫電池性能下降的主要因素之一，在放電過(guò)程中，中間產(chǎn)物多硫化鋰溶解于電解液中并穿過(guò)隔膜，在正負(fù)極之間來(lái)回穿梭，導(dǎo)致活性物質(zhì)不可逆的損失以及負(fù)極材料金屬鋰的腐蝕。近年來(lái)，中間層的研究是解決“穿梭效應(yīng)”的有效途徑之一。

中間層位于鋰硫電池的正極和隔膜之間，既可作為第二集流體，又可在一定程度上抑制穿梭效應(yīng)的發(fā)生從而提升鋰硫電池的電化學(xué)性能。但是已提出的如金屬有機(jī)骨架、硫化物、導(dǎo)電聚合物等材料都存在制備過(guò)程復(fù)雜及成本較高等問(wèn)題，不足以滿足未來(lái)市場(chǎng)需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層、制備方法及鋰硫電池，制備流程較為簡(jiǎn)單，原材料來(lái)源廣泛，可以大幅度增加鋰硫電池的比容量和倍率性能，從而使鋰硫電池的電化學(xué)性能得到有效地提升。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層的制備方法，包括以下步驟，

步驟1，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行清洗干燥后得到中性生物質(zhì)；

步驟2，將步驟1中的中性生物質(zhì)加入含鐵溶液中，干燥得到鐵基生物質(zhì)；

步驟3，將步驟2中的鐵基生物質(zhì)進(jìn)行煅燒得到鐵基生物質(zhì)碳；

步驟4，將步驟3中的鐵基生物質(zhì)碳經(jīng)壓片后得到鐵基生物質(zhì)碳中間層。

優(yōu)選的，步驟1中，所述生物質(zhì)為廢棄棉柔巾。

優(yōu)選的，步驟1中，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行酸洗，使用鹽酸濃度為0.1-1mol/L，酸洗時(shí)間為2-6h。

優(yōu)選的，步驟2中，所述含鐵溶液為氯化鐵、硝酸鐵或硫酸鐵溶液。

優(yōu)選的，步驟2中，將步驟1中的中性生物質(zhì)加入含鐵溶液中，通過(guò)超聲波清洗儀對(duì)含鐵溶液進(jìn)行超聲震蕩2-6h，干燥得到鐵基生物質(zhì)；所述鐵元素在鐵基生物質(zhì)碳中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％-15％。

優(yōu)選的，步驟3中，所述鐵基生物質(zhì)放置在管式爐中，通入保護(hù)氣體進(jìn)行煅燒，得到鐵基生物質(zhì)碳。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)氣體為氮?dú)狻鍤饣虻獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w。

優(yōu)選的，步驟3中，所述煅燒溫度為600-1000℃，煅燒時(shí)間為2-5h。

一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層，采用上述任意一項(xiàng)所述的制備方法制備形成。

一種鋰硫電池，包括如上述任意一項(xiàng)所述的制備方法制備形成的一種鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層；

所述鋰硫電池的負(fù)極為鋰，正極為硫/碳復(fù)合物，所述鋰硫電池鐵基生物質(zhì)碳中間層設(shè)置在鋰硫電池的負(fù)極和正極之間。