[发明专利]一种新型锂硫电池隔膜材料、制备方法及应用

说明书

本发明属于锂硫电池隔膜材料的技术领域，涉及锂硫电池夹层材料的制备方法，更具体地涉及一种双金属氧化物掺杂石墨烯锂硫电池夹层材料的制备方法，具体为一种新型锂硫电池隔膜材料、制备方法及应用。本发明是一种通过一步水热法制备NiMoO₄，结合喷雾干燥制备功能性隔膜材料，来控制锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应。利用简单的试验方法和工艺步骤制备出具有粒径较小且分布均匀的双金属氧化物掺杂石墨烯材料，且采用喷雾干燥制备的制得的rGO/NiMoO₄材料具有创新性，rGO/NiMoO₄膜作为锂硫电池夹层时具有优秀的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池隔膜材料的技术领域，涉及锂硫电池夹层材料的制备方法，更具体地涉及一种双金属氧化物掺杂石墨烯锂硫电池夹层材料的制备方法，具体为一种新型锂硫电池隔膜材料、制备方法及应用。

背景技术

随着移动终端、电动汽车和新能源开发等领域的快速发展，目前广泛应用的锂离子电池体系已经越来越难以满足各种需求，近年来基于金属锂的高能量密度二次电池研究获得空前重视。锂硫电池由于理论能量密度高达 2600wh kg^-1、资源丰富和环境友好等优点在世界范围内受到广泛关注，是下一代锂电池的主要研究方向。

锂硫电池由硫复合正极、金属锂负极和两者之间的电解质组成。由于单质硫为电子的不良导体，硫复合正极一般由单质硫、导电剂和聚合物粘结剂组成，与商用锂离子电池正极的脱锂-嵌锂机制不同，锂硫电池硫正极在充放电过程中伴随着多步复杂的固相-液相反应，由于单质硫处于充电态，因此锂硫电池从放电开始运行。单质硫首先被还原成可溶于电解液的多硫化物 S_n^2-（4≤n≤8），多硫化物不是单一稳定的化学组分，而是由多种稳定的化学组分以及包括自由基在内的不稳定组分组成的混合物。随着放电过程的进行，多硫化物被进一步还原为低价态的硫离子 S^2-或者过硫离子 S₂^2-，由于过硫化锂和硫化锂在有机电解液中的溶解度很低，因此最终放电产物会以固态硫化锂和过硫化锂的形式在正极导电骨架上析出。充电过程中活性物质含硫组分的变化过程是上述放电过程的逆过程，这表明在锂硫电池的充放电过程中大量活性物质以可溶性多硫化物的形态存在于有机电解液中。含有多硫化物的电解液（又称“液态正极”）在充放电过程中不仅可以在正极得失电子发生电化学反应，也可以与还原性很强的金属锂负极发生化学反应。在放电过程中表现为自放电过程，造成活性物质利用率低；在充电过程中，高价态多硫化物与金属锂负极反应生成低价态多硫化物，低价态多硫化物扩散至正极被氧化成高价态多硫化物又扩散回负极继续反应。整个过程形成闭合循环，外电路表现出明显的电池过充过程，这种现象称之为“穿梭效应”。

“穿梭效应”带来得后果是很严重的，不仅会导致电池容量衰减快，活性物质利用率低，而会造成充放电过程中体积膨胀效以及电池的电化学性能不稳定。

现有技术中，提高锂硫电池性能的方案是通过填充、混合或包覆的方法将单质硫和具有高的孔结构的多孔材料进行机械复合，形成正极复合材料，设计用于固定硫的各种主体材料，开发新的电解质添加剂和其他电极保护策略，从而改善硫基正极的锂离子电导率和电池的循环性能，然而，穿梭效果依然不可避免。而且，在制作过程中，不可避免其高成本和工艺复杂等苛刻条件，这将严重阻碍锂硫电池的商业化。

发明内容

本发明的目的为针对锂硫电池中的问题，提供一种双金属氧化物掺杂石墨烯锂硫电池夹层材料的制备方法，具体为一种新型锂硫电池隔膜材料、制备方法及应用。本发明是一种通过一步水热法制备NiMoO₄，结合喷雾干燥制备功能性隔膜材料，来控制锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应。

本发明的技术方案为：

一种新型锂硫电池隔膜材料的制备方法，具体步骤如下：

第一步：制备双金属氧化物NiMoO₄