[发明专利]双金属硫化物异质结修饰隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明双金属硫化物异质结修饰隔膜及其制备方法和应用，其技术方案是由一步水热法合成具有NiS₂‑WS₂异质结纳米片自组装构筑三维花状结构的双金属硫化物异质结材料；然后将双金属硫化物异质结材料制成浆料均匀涂覆在商业聚合物隔膜一侧表面，最终制得双金属硫化物异质结修饰隔膜，并应用在锂硫电池；本发明的双金属硫化物异质结修饰隔膜中的NiS₂‑WS₂异质结能够改善界面活性，增加表面催化活性位点，优化对多硫化物的吸附能力并促进催化转化，从而有效提高锂硫电池的倍率性能与循环稳定性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池隔膜材料技术领域，具体是指双金属硫化物异质结修饰隔膜及其制备方法和在锂硫电池中的应用。

背景技术

随着电子移动设备和新能源汽车的快速发展，对先进储能设备的需求不断增长，推动了可充电电池系统的快速发展。然而，商用锂离子电池受到其理论比容量和能量密度的限制，无法满足未来发展的需要。近年来，锂硫电池因其高理论容量(1675mAh g^-1)和低成本优势而成为最有前途的储能器件之一。然而，缓慢的反应动力学和严重的穿梭效应是锂硫电池商业应用的绊脚石。

隔膜改性被认为是限制“穿梭效应”的有效策略。其中，非极性碳中间膜，如多孔碳，碳纳米管，石墨烯等已广泛用于隔膜改性。通过物理吸附抑制了多硫化物的穿梭效应，从而在一定程度上改善了电池的电化学性能。然而，碳材料与多硫化物之间形成的弱物理相互作用不足以限制多硫化物的穿梭。而且，限制多硫化物的策略并不能完全解决多硫化物的穿梭效应。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种双金属硫化物异质结修饰隔膜及其制备方法和应用。制备的双金属硫化物异质结材料能够改善界面极性，增强对多硫化物的亲和力并促进催化转化，从而提高锂硫电池的电化学性能与循环稳定性能。

为实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种双金属硫化物异质结修饰隔膜的制备方法，由一步水热法合成具有NiS₂-WS₂异质结纳米片自组装构筑三维花状结构的双金属硫化物异质结材料；然后将双金属硫化物异质结材料制成浆料均匀涂覆在商业聚合物隔膜一侧表面，最终制得双金属硫化物异质结修饰隔膜，并应用在锂硫电池；

本发明的三维花状双金属硫化物异质结修饰隔膜，具体步骤为：

(1)以硫脲为硫源，以氯化镍与钨酸钠为镍源和钨源，加入去离子水中搅拌至完全溶解。然后，将混合溶液转移到耐高温反应釜中反应，然后将产物离心，用去离子水和乙醇洗涤几次，然后在60℃下干燥12小时。即得到异质结材料。

所述的氯化镍：钨酸钠：硫脲的质量比为1：5：20。

所述的反应温度为270℃，反应时间为24h；

(2)将步骤(1)制得的异质结材料、导电添加剂和粘结剂混合，加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌分散均匀，得到复合材料浆料。

所述异质结材料：导电添加剂：粘结剂质量比为8：1：1。

所述导电添加剂为碳纳米管，粘结剂为PVDF。

(3)将复合材料浆料均匀涂覆在商业聚合物隔膜基体一侧表面，之后于60℃烘箱内烘干，即得到三维花状双金属硫化物异质结修饰隔膜。

本发明的一种三维花状双金属硫化物异质结修饰隔膜在锂硫电池的应用，上述的方法制备的隔膜中间层的锂硫电池，包括正极、负极、隔膜、电解液，其中，电解液为摩尔浓度为1mol L^-1的双三氟甲基磺酸酰亚胺锂(LiTFSI)、质量分数为1％的硝酸锂、体积比1：1的乙二醇二甲醚(DME)和1,3-二氧戊环(DOL)配制而成的混合溶液。所述负极为金属锂片，所述正极为碳纳米管/硫的复合材料，其中硫的质量分数为70wt％。