[发明专利]基于纳米花状硫化铟作为隔膜修饰材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电化学锂硫电池技术领域，具体公开了基于纳米花状硫化铟作为隔膜修饰材料及其制备方法和应用。基于纳米花状硫化铟材料的修饰隔膜制备包括以下步骤：将纳米花状In₂S₃与导电剂、粘结剂在有机溶剂中均匀混和成浆料，涂覆在隔膜上，烘干即可，并公开了所用纳米花状硫化铟的制备方法。纳米花状硫化铟应用于锂硫电池隔膜修饰时，有效抑制了多硫化物的穿梭，同时纳米硫化铟也具有电催化能力，可以催化硫还原反应，有效提升锂硫电池反应动力学，表现出了优异的放比电容量、良好循环稳定性和优异的倍率性能。本发明在开发切实可行的锂硫电池及相关能量存储和转换领域的材料方面具有重要的价值。

技术领域

本发明属于电化学锂硫电池技术领域，尤其涉及基于纳米花状硫化铟作为隔膜修饰材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着中大型能量存储设备的兴起，近年来，下一代能量存储设备如锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池得到广泛关注。锂硫(Li-S)电池因为具有非常高的理论比容量(1675mAh g^-1)和理论能量密度(2600Wh kg^-1)成为了最有发展潜力的下一代储能设备之一。但基于电池的工作原理，Li-S电池自身面临诸多问题，主要包括：(1)硫的导电性差，导致电子传输受阻；(2)多硫化锂的穿梭效应严重，致使库伦效率降低；(3)多硫化锂转化反应滞缓，导致反应动力学变差。

为了解决上述问题，研究人员已采用化学修饰、功能化硫正极等多种策略来提高材料的导电性及多硫化锂吸附能力并取得了一定的效果，但在多硫化锂转化能力提升方面仍存在较大差距，尤其是在低液硫比(E/S)下电解液中溶解的多硫化锂浓度高、转化速率慢，致使反应动力学滞后，难以满足实用化的需求。

改善材料对多硫化锂的催化性能、实现快速的硫还原反应(SRR)是提高催化反应动力学的关键。目前对锂硫电池催化性能的分析大多是基于理论计算来模拟材料对多硫化锂的吸附能力，其局限是难以对比不同材料真实条件下的催化性能，需要从实验层面去分析。基于此，本专利从隔膜修饰和催化两方面来抑制多硫化物穿梭效应，进而提升锂硫电池的电化学性能。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了基于纳米花状硫化铟作为隔膜修饰材料及其制备方法和应用，采用纳米花状硫化铟作为锂硫电池隔膜修饰材料来抑制多硫化物的穿梭，同时可以催化硫还原反应。

本发明的第一个目的在于提供一种基于纳米花状硫化铟材料的修饰隔膜。

本发明的第二个目的在于提供上述基于纳米花状硫化铟材料的修饰隔膜的制备方法，包括以下过程：将纳米花状In₂S₃与导电剂、粘结剂在有机溶剂中均匀混和成浆料，涂覆在隔膜上，烘干即可；

其中，所述纳米花状硫化铟的制备方法，包括以下步骤：

S1将十六烷基三甲基溴化铵加入乙醇中超声混合，再加入硫代乙酰胺和氯化铟制备前驱体溶液A；

S2将步骤S1所得驱体溶液A，加热冷凝回流，反应后冷却、离心、烘干。

优选地，制备过程中所述纳米花状硫化铟与导电剂、粘结剂混合时，各物质按质量百分比计为：纳米花状硫化铟70％-80％、导电剂10％-20％、粘结剂10％-20％。

优选地，所述导电剂为Super P，KJ600中的一种，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

优选地，纳米花状硫化铟制备步骤S1所述CTAB乙醇溶液的质量浓度(m/v)为0.2-0.7mg/mL，TAA乙醇溶液的质量浓度为1-5mg/mL，InCl₃乙醇溶液的质量浓度为2-6mg/mL。

优选地，纳米花状硫化铟制备步骤S1所述超声时间为0.2h-0.5h。