[发明专利]一种用于硫锂电池的插层材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于硫锂电池的插层材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。该用于硫锂电池的插层材料，通过磁控溅射方法将靶材溅射在隔膜上制得，所述靶材为热电材料。本发明还包括上述插层材料的制备方法，包括以下步骤：将热电材料靶材置于磁控溅射仪，同时将隔膜置于磁控溅射仪基板，将溅射气压和溅射电压分别调节至4‑8Pa和200‑400V时，磁控溅射仪基板启动旋转模式，溅射10‑30min得到所述插层材料。该插层材料有效阻挡多硫化锂向负极扩散，进而提高锂硫电池的循环稳定性，循环100次，电池的放电比容量高达850mAh/g。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于硫锂电池的插层材料及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子设备和电动汽车的快速发展，商用锂离子电池的能量密度已经难以满足日益增长的电能储存需求。锂硫电池是以单质硫(或含硫化合物)作为正极，金属锂作为负极，基于硫与锂的多电子电化学反应实现能量存储，其理论能量密度高达2600Wh/kg，是目前商业钴酸锂/石墨电池理论能量密度的6倍以上(387Wh/kg)。同时，单质硫资源丰富、价格便宜并且环境友好，有望进一步减低电池成本，符合电动汽车和大规模储能领域对电池的要求。

但是，由于硫的电导率低、充放电中间产物多硫化物易溶于电解液，锂硫电池面临着活性物质利用率低、循环稳定性差、库伦效率低等问题，严重制约了其大规模商业化应用。引入插层是构筑高性能锂硫电池的重要途径之一。大量研究尝试采用不同种类材料作为插层提高锂硫电池的循环稳定性以及导电性。研究发现使用碳基材料作为插层不仅可以为绝缘性的硫正极提供良好的导电骨架，还可以物理阻挡多硫离子向负极迁移，但碳材料的非极性特点限制了碳插层减缓穿梭效应的能力Joule。金属化合物由于其极性特点也被认为是一种很好的插层材料，但它们的较低电导率和较大密度影响了锂硫电池的倍率性能及重量能量密度Advanced Energy Materials。导电聚合物具有富含官能团和机械柔韧性好优点，并且其导电链可促进电子传输，官能团能够与多硫化物发生键合作用并限制其扩散，虽然导电聚合物能够提升硫电极的电化学性能，但由于其导电性不如碳材料，添加量通常比较高，增加了电池的质量，影响了电池整体的能量密度。

针对锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应影响电池多次使用后的比容量的问题，本发明提出了一种提高锂硫电池电化学性能的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种用于硫锂电池的插层材料及其制备方法，解决现有技术中多硫化锂的穿梭效应影响电池多次使用后的比容量的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种用于硫锂电池的插层材料及其制备方法。

一种用于硫锂电池的插层材料，通过磁控溅射方法将靶材溅射在隔膜上制得，所述靶材为热电材料。

进一步地，所述热电材料为Cu₂Se块体或者YbAl₃块体。

进一步地，所述隔膜为多孔隔膜。

进一步地，所述多孔隔膜为聚丙烯隔膜。

进一步地，所述Cu₂Se块体由以下步骤制得：

S1、将Cu粉和Se粉混合后压片，将制得的压片密封于石英管中，将所述石英管加热使Cu粉和Se粉反应生成疏松多孔的Cu₂Se初级块体；

S2、研磨所述Cu₂Se初级块体得到Cu₂Se粉体；

S3、将所述Cu₂Se粉体置于煅烧设备中，以40-50℃/min的升温速率从室温升至400-450℃，同时压力升至40-45MPa并烧结10-15min，得到所述Cu₂Se块体。