一種鋰硫電池三元材料功能隔膜及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種鋰硫電池三元材料功能隔膜及其制備方法。所述鋰硫電池三元材料功能隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜上用于阻擋多硫化物穿梭的三元材料涂層，所述三元材料為LiNi

【技術實現步驟摘要】
一種鋰硫電池三元材料功能隔膜及其制備方法


[0001]本專利技術涉及一種功能隔膜及其制備方法，尤其涉及一種鋰硫電池三元材料功能隔膜及其制備方法，屬于領域鋰硫電池


技術介紹

[0002]近年來，如太陽能、風能等新能源發電成為緩解能源危機和環境污染的高效技術途徑。然而，新能源發電及智能電網的發展受制于大容量儲能電池技術。目前，鋰離子電池因安全性好、循環壽命長、工作電壓高等優勢成為大容量儲能電池的重點發展方向之一。
[0003]而隨著電動汽車的快速發展，傳統的鋰離子電池已經不能滿足續航里程的需求。鋰硫電池具有高能量密度、高比容量、豐富的自然資源和生態友好等諸多優異性能，被認為是最有前途的下一代儲能系統。然而，仍有許多問題限制了鋰硫電池的商業使用。多硫化物的穿梭效應和低電化學動力學一直是最關鍵的挑戰。
[0004]在鋰硫電池充放電過程中，長鏈的多硫化物能很好的溶解在醚類電解液中，這些溶解的多硫化物在氧化還原過程中自由地穿梭在正負極之間，繼而造成活性物質和放電比容量的損失，這就是穿梭效應。研究表明，功能隔膜的引入能有效抑制穿梭效應。然而，目前多數功能隔膜僅能阻擋多硫化物的穿梭，對于促進反應動力學表現平平。

技術實現思路

[0005]專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種可以提高反應動力學的鋰硫電池三元材料功能隔膜；本專利技術的另一目的是提供一種鋰硫電池三元材料功能隔膜的制備方法。
[0006]技術方案：本專利技術的鋰硫電池三元材料功能隔膜，包括隔膜和涂覆在隔膜上用于阻擋多硫化物穿梭的三元材料涂層，所述三元材料為LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料。
[0007]進一步地LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料包括若干個球狀顆粒，其顆粒直徑為5
?
20μm。
[0008]另一方面，本專利技術的鋰硫電池三元材料功能隔膜的制備方法，包括以下步驟：
[0009](1)通過噴霧干燥法獲得LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2的前驅體粉末；
[0010](2)將前驅體粉末預氧化之后與鋰鹽研磨混合，然后將混合物碳化處理后得到LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料；其中將前驅體粉末在空氣條件下氧化煅燒達到預氧化的目的。
[0011]進一步地，步驟(1)中噴霧干燥法為將鎳源、鈷源和錳源照摩爾比為5：2：3溶解于100毫升的去離子水中，攪拌30分鐘，形成均一前驅體溶液，然后前驅體溶液通過蠕動泵輸送，并經過超聲霧化干燥后得到前驅體粉末。
[0012]更進一步地，鎳源為硫酸鎳、醋酸鎳或硝酸鎳；鈷源為硫酸鈷、醋酸鈷或硝酸鈷；錳源為硫酸錳、醋酸錳或硝酸錳。
[0013]更進一步地，前驅體溶液濃度為0.25
?
1mol/L。
[0014]更進一步地，蠕動泵的轉速是2
?
6rpm，出風口溫度為160
?
200℃，風機頻率為50
?
60Hz。
[0015]進一步地，步驟(2)中，鋰鹽是碳酸鋰或醋酸鋰。
[0016]進一步地，步驟(2)中，預氧化的氧化溫度為400
?
600℃，時間為1
?
5h。
[0017]進一步地，步驟(2)中，碳化處理的溫度為700
?
900℃，時間為9
?
12h。
[0018]本專利技術中的球狀的三元材料涂層，一方面，可以作為多硫化物穿梭的阻擋層，層狀的三元材料由于存在尖晶石相、層狀相和巖鹽相之間存在協同效應，對于長鏈的聚硫化物具有強烈的吸附作用；另一方面，三元材料中的鎳、鈷、錳作為過渡金屬，其特殊的電子結構對于多硫化物表現出優異的催化活性，有效促進氧化還原反應的進行，繼而進一步提高了鋰硫電池的電化學性能。
[0019]有益效果：與現有技術相比，本專利技術具有如下顯著優點：
[0020](1)提高電池內部的反應動力學，球狀三元材料形狀規則，顆粒尺寸均勻，比表面積大，有利于電子和離子的傳輸；
[0021](2)提高電池的循環和倍率性能，三元材料LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2晶體內活性反應位點多，增強了對長鏈多硫化物的吸附能力，有效抑制穿梭效應，提高活性物資利用率；
[0022](3)制備方法簡單易行，成本低，通過對前驅體溶液濃度，出風口溫度，蠕動泵轉速以及風機轉速的調控，實現三元材料的可控合成；
[0023](4)測試表明引入LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2三元材料功能隔膜的電池在長循環和倍率性能優異，由此對于不同金屬配比的三元材料用于鋰硫電池功能隔膜提供可行性，為解決鋰硫電池技術問題提供一種新思路。
附圖說明
[0024]圖1為實施例1制備的三元材料功能隔膜的X射線衍射圖；
[0025]圖2為實施例1制備的三元材料功能隔膜的掃描電鏡圖；
[0026]圖3為實施例1制備的三元材料修飾的鋰硫電池以及對比電池在1C恒電流下的循環性能圖；
[0027]圖4為實施例1制備的三元材料修飾的鋰硫電池以及對比電池倍率性能圖。
具體實施方式
[0028]下面結合附圖對本專利技術的技術方案作進一步說明。
[0029]實施例1
[0030]1.鋰硫電池三元材料功能隔膜制備
[0031](1)在250mL燒杯中依次加入6.22g四水醋酸鎳，2.49g四水醋酸鈷，3.68g四水醋酸錳以及100mL離子水，在室溫條件下，通過磁力攪拌器攪拌30分鐘，得到均一前驅體溶液。將均一前驅體溶液轉移至噴霧干燥機上，設置蠕動泵的速度為2rpm，出風口溫度為200℃，風機頻率為50Hz，通過噴霧干燥法獲得三元材料的前驅體粉末。
[0032](2)將得到的三元材料前驅體粉末通過馬弗爐在空氣條件下，以5℃每分鐘的升溫速率，升溫至550℃，保溫5小時后得到氧化物粉料。
[0033](3)將氧化物粉料與質量比為1：1.05的過量碳酸鋰充分混合研磨后，轉移至氧化鋁坩堝內，放置于管式爐中，在純氧氣氛下，以5℃每分鐘的升溫速率，升溫至780℃，保溫12小時，冷卻至室溫后取出，研磨至無明顯顆粒物，轉移至真空干燥箱內。
[0034]2.以三元材料功能隔膜制備鋰硫電池
[0035](1)稱取50mg聚偏氟乙烯，400mg單質硫和50mg碳黑，研磨均勻后溶解于400μL的N
?
甲基吡咯烷酮，攪拌均勻后得到C/S復合漿料。將該漿料涂抹在鋁箔的一側，真空干燥12h后，在沖片機上裁剪出直徑為12mm的圓片作為電池的正極。...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種鋰硫電池三元材料功能隔膜，其特征在于，包括隔膜和涂覆在隔膜上用于阻擋多硫化物穿梭的三元材料涂層，所述三元材料為LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料。2.根據權利要求1所述的鋰硫電池三元材料功能隔膜，其特征在于，LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料包括若干個球狀顆粒，其顆粒直徑為5
?
20μm。3.一種根據權利要求1
?
2任一所述的鋰硫電池三元材料功能隔膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)通過噴霧干燥法獲得LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2的前驅體粉末；(2)將前驅體粉末預氧化之后與鋰鹽研磨混合，然后將混合物碳化處理后得到LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2材料。4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐月鋒，葉帆，左銀澤，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：