[发明专利]氮掺杂碳包覆Co和/或Co3

说明书

本发明属于纳米材料和锂硫电池领域，公开了一种氮掺杂碳包覆Co和/或Cosubgt;3/subgt;ZnC复合材料在制备锂硫电池隔膜中的应用。本发明首先将Pluronic F‑127溶于水中，加入碳源双氰胺，再加入正二价钴盐、正二价锌盐,进一步搅拌后蒸干水分得到固体复合物，然后在Nsubgt;2/subgt;气体保护下进行高温碳化。此过程中双氰胺通过碳化得到N掺杂碳，且双氰胺在碳化过程产生的一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮以及碳等还原性物质能够将钴锌还原碳化得到Co或Cosubgt;3/subgt;ZnC，反应完成后即得目标产物。将N掺杂碳包覆Co和/或Cosubgt;3/subgt;ZnC复合材料作为隔膜修饰材料运用刮刀法涂覆在商用隔膜上，应用于锂硫电池中可以有效提高锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于纳米材料和锂硫电池领域，特别涉及一种氮掺杂碳包覆Co和 /或Co₃ZnC复合材料在制备锂硫电池隔膜中的应用。

背景技术

随着全球能源需求量的日益增长和化石能源的逐渐枯竭，人类迫切需要对清洁能源如风能、太阳能和地热能等进行开发利用。然而，当光电、风电并入现有电网的占比超过10％后会对局部电网产生明显冲击，因此研究和发展高效安全的蓄电储能技术是大规模、高效使用这些能源的关键。相比于目前应用的铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池储能体系，锂硫电池以其高比能量(2600 W·h/kg)、原料廉价、环境友好等优点，被认为是一类继锂离子电池之后具有极大发展潜力的高容量储能体系。

然而，锂硫电池发展至今尚未实现规模上的实际应用，主要归因于锂硫电池面临的几大挑战。主要包括1.充放电过程中单质硫及其多硫化物的绝缘性和体积膨胀(～80％)；2.充放电过程中，中间产物多硫化物可溶于有机电解液，充电过程中会迁移至负极和不稳定的锂金属表面发生自放电反应，生成物回到正极被氧化，如此反复，形成穿梭效应，导致活性物质利用率降低，造成电池容量损失和循环性能下降。同时，金属锂作为负极一直存在的表面不稳定和枝晶问题，易引发热失控及短路爆炸等安全问题，也制约了锂硫电池的推广和应用。

近年来，大量研究工作致力于改善锂硫电池的性能以实现锂硫电池的实际应用。其中，隔膜作为锂硫电池体系中的重要组件部分之一，其性能的优劣直接影响到锂硫电池的电化学性能，成为研究重点之一。主要研究途径包括寻找新型隔膜和修饰现有商业隔膜。而与寻求一种新型分离器相比，修饰商业隔膜具有操作简单、实用的优点，因此对商用分离器的改性得到了更广泛的研究。纳米碳材料作为一类优异的隔膜修饰材料具有良好的导电性，同时可以在锂硫电池充放电过程中物理锚定多硫化物，从而有效提高锂硫电池的循环稳定性。然而，非极性碳材料与极性多硫化物之间的亲和力差，不足以有效抑制多硫化物在循环过程中的穿梭效应。因此探索具有优良导电性、强锚固力、加速多硫化物相互转换和快速Li⁺扩散速率等优点的改性分离器是一种有效提高锂硫电池的电化学性能、实现锂硫电池实际应用的有效途径。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种氮掺杂碳包覆Co和/或Co₃ZnC复合材料在制备锂硫电池隔膜中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

氮掺杂碳包覆Co和/或Co₃ZnC复合材料在制备锂硫电池隔膜中的应用。

所述的氮掺杂碳包覆Co和/或Co₃ZnC复合材料由以下方法制备得到：

(1)制备钴锌和双氰胺复合物：首先将Pluronic F-127溶解于水中，再加入双氰胺搅拌直至完全溶解，然后加入可溶性正二价钴盐、正二价锌盐后继续搅拌过夜，再将所得溶液蒸干水分并干燥即得到钴锌和双氰胺复合物；

(2)制备氮掺杂碳包覆碳化钴锌复合材料：将步骤(1)所得固体钴锌和双氰胺复合物置于瓷舟中，然后在N₂气氛下进行高温碳化，反应完成即得氮掺杂碳包覆Co和/或Co₃ZnC复合材料。