[發(fā)明專利]鋰硫電池隔膜改性用石墨烯氮化鈮功能層及制備和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111481885.8
• 申請(qǐng)日: 2021-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN114156597A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬飛;陳遠(yuǎn)富;張小娟;張子恒;王濱;劉大維;陳鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M50/403
• 分類號(hào): H01M50/403;H01M50/409;H01M10/052
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發(fā)明提供一種鋰硫電池隔膜改性用石墨烯氮化鈮功能層及制備方法和應(yīng)用，包括如下步驟：(1)在水和乙醇混合溶液中，用氯化鈮、氧化石墨烯制備均勻分散的溶液；(2)將分散液置于微波裝置中反應(yīng)；(3)用水和乙醇清洗干凈獲得的產(chǎn)物并干燥處理；(4)將前驅(qū)體進(jìn)行氨化處理最后可獲得氮化鈮納米點(diǎn)復(fù)合氮摻雜石墨烯納米片。本發(fā)明制備的氮化鈮納米點(diǎn)復(fù)合氮摻雜石墨烯納米片隔膜改性功能層作為一種高效的多硫化物催化劑和吸附劑具有優(yōu)異的鋰硫電池性能。該方法為鋰硫電池多功能隔膜的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型鋰硫電池隔膜修飾材料的制備，特別是一種氮化鈮納米點(diǎn)復(fù)合氮摻雜石墨烯納米片及制備方法、及作為隔膜改性功能層在鋰硫電池中應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰硫電池的快速發(fā)展，憑借其優(yōu)異的理論容量(1675mAh g^-1)、高能量密度(2600Whk g^-1)、低廉的造價(jià)、環(huán)境友好和地球豐富度等優(yōu)勢(shì)，已成為下一代商業(yè)化的大規(guī)模能量存儲(chǔ)體系。然而，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池商業(yè)化應(yīng)用的目標(biāo)受到了各種瓶頸的阻礙。首先，硫的絕緣性和放電產(chǎn)物L(fēng)i₂S₂/Li₂S的電導(dǎo)率差導(dǎo)致其較低的材料利用率，具有較差的倍率性能。其次，溶解在電解質(zhì)中的多硫化物會(huì)引起穿梭效應(yīng)，同時(shí)，Li₂S沉積在鋰金屬負(fù)極上，會(huì)導(dǎo)致較低的庫(kù)侖效率和嚴(yán)重的自放電行為。從多硫化物到Li₂S₂的固液相變以及從Li₂S₂到Li₂S的固固相變阻礙了電化學(xué)動(dòng)力學(xué)的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致放電過(guò)程過(guò)早終止以及緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。因此，大力探索高導(dǎo)電性、強(qiáng)吸附能力的電催化劑是抑制穿梭效應(yīng)、加速多硫化物氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單、高效的制備氮化鈮納米點(diǎn)復(fù)合氮摻雜石墨烯納米片的方法并作為隔膜改性功能層應(yīng)用于鋰硫電池。

本發(fā)明中，研究者發(fā)現(xiàn)了一種氮化鈮納米點(diǎn)復(fù)合氮摻雜石墨烯納米片并作為隔膜改性功能層應(yīng)用于鋰硫電池。這種材料集成的微納米結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氮摻雜的石墨烯納米片顯著地提高了材料的導(dǎo)電性，豐富的離子/電子傳遞的傳導(dǎo)途徑；具有大量活性位點(diǎn)的高導(dǎo)電性以及催化活性的氮化鈮納米點(diǎn)不僅有利于電子/離子轉(zhuǎn)移，提高活性物質(zhì)的利用率，而且作為多硫化物錨定介質(zhì)，可以促進(jìn)Li₂S的均勻成核和生長(zhǎng)，從而促進(jìn)多硫化物的氧化還原動(dòng)力學(xué)。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成本低廉，為過(guò)渡金屬氮化物復(fù)合材料在鋰硫電池中的應(yīng)用提供了可行的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種鋰硫電池隔膜改性用石墨烯氮化鈮功能層及制備方法及其的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種鋰硫電池隔膜改性用石墨烯氮化鈮功能層的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：前軀體的制備：以25-100毫克氯化鈮、15-60毫克氧化石墨烯、600-800毫克烏托品為原料，以20-40毫升水和20-40毫升乙醇為溶劑，先將氯化鈮以及烏托品粉末溶解在所述乙醇中得溶液A，氧化石墨烯超聲分散在所述水中得溶液B，將溶液A和B混合并室溫下攪拌0.5小時(shí)；

步驟2：前軀體的制備：將上述混合溶液放入微波裝置中，在80℃、800W下反應(yīng)0.5小時(shí)；微波反應(yīng)結(jié)束后收集產(chǎn)物，得到棕黃色前軀體粉末；

步驟3：氨化過(guò)程：在氨氣氛圍下將棕黃色前軀體粉末通過(guò)管式爐進(jìn)行高溫退火處理，高溫退火為800℃保持5個(gè)小時(shí)，得到最終產(chǎn)物粉末。

作為優(yōu)選方式，步驟1進(jìn)一步為：