[发明专利]一种锂硫电池的改性隔膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种以铬皮为原料的Cr₂O₃/C复合物及其制备方法和应用，以制革废弃物铬皮为原料，利用制革废弃中丰富的生物质碳源以及过渡金属氧化物资源，将铬皮碳化，制成Cr₂O₃/C复合物。过渡金属氧化物Cr₂O₃作为极性物质，将Cr₂O₃与C复合，发挥炭材料的物理吸附和Cr₂O₃的化学吸附作用，可用于锂硫电池的正极或隔膜，发挥对多硫化物的吸附作用，从而抑制穿梭效应，提高锂硫电池性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种锂硫电池的改性隔膜的制备方法。

背景技术

在储能系统中，锂离子电池具有质量轻、能量密度大、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长、污染小等优点，是目前各类储能系统的首选。经过发展，锂离子电池的正负极材料性能已经接近理论极限，电池体系的总容量难以提高，难以满足社会和消费者对储能系统的更高要求。以单质硫作为正极活性物质，与金属锂为负极组成的锂硫电池，当单质硫完全反应生成Li₂S时，放电理论比容量高达1675mAh/g，理论比能量为2600 Wh/Kg，远高于其他正极材料。同时硫还具有储量丰富、毒性低、价格低廉等优势。因此锂硫电池是极具发展潜力和应用前景的新型储能系统。

但是锂硫电池在研究中还存在一些突出问题，制约其走向实际应用。主要包括：（1）硫的电导率极低，需要通过添加导电物质制成复合正极，因此降低了活性物质硫的利用率和比能量优势；（2）可溶性的聚硫离子会扩散到锂负极并与锂发生副反应，生成的低价态多硫化锂，这些多硫化锂扩散回硫正极又生成高价态的多硫化锂，从而产生飞梭效应，导致了硫利用率的降低和锂负极的腐蚀，使得电池性能变差；（3）硫、硫化锂的密度分别为2.07和1.66 g/cm3，在充放电过程中有79%的体积膨胀/收缩，将导致正极形貌、结构的改变，以及导致硫和导电骨架的脱离，造成容量衰减。

炭材料具有优异的电学性能、力学性能、导热性能，孔结构可调、表面官能团丰富。大量研究表明，通过引入炭材料，可以有效提高锂硫电池性能。但炭材料作为非极性物质，使得其与极性性质的多硫化物之间的吸附行为为物理吸附，作用力相对比较弱，为了提高对多硫化物的抑制能力，可以将炭材料与其他极性材料如金属氧化物复合来提高锂硫电池性能。

制革废皮是皮革厂将皮鞣制后的下脚料，俗称“铬皮”，富含胶原蛋白（碳源），同时由于制革的鞣制过程加入了大量的铬。因此可以将这种具有丰富碳源和铬源的生物质材料制备成富铬炭材料，将起到很好的资源有效利用的作用。

中国专利CN201510177424.X公开了一种载铬活性炭的制备方法及其吸附甲苯的条件和装置，主要是将金属元素铬浸渍于活性炭上，制成载铬活性炭，用来提高活性炭的吸附能力，对甲苯的饱和吸附量可提高20%~110%。包括以下步骤：（1）配制铬盐浸渍液；（2）将粒度150～1700μm的活性炭浸渍于铬盐浸渍液中；（3）室温下放置3~15小时；（4）在150℃氮气中干燥4～8小时，得到载铬活性炭。但该专利所采用的方法是以现有产品铬盐和活性炭的浸渍复合改性，未从炭材料的原料出发制备载铬活性炭。

将皮革废弃物资源有效利用，制备成富含过渡金属氧化物的炭材料，应用于高性能锂硫电池，这对解决资源问题、环境问题、能源问题具有非常重要的意义。经检索，未发现关于以铬皮为原料制备Cr₂O₃/C复合物及其具体应用的报道。

发明内容