[发明专利]基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池

说明书

本发明涉及一种基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池，属于电化学电池领域。基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池，包括含硫活性材料正极、隔膜、电解液、金属锂负极和泡沫镍集流体，在含硫活性材料正极与隔膜之间放置阻挡层；所述阻挡层是在碳纤维布表面复合上金属氧化物、金属、金属合金或者金属氢氧化物等一种或多种。该锂硫电池，凭借碳纤维布良好的导电性能和三维结构，通过引入具有催化活性、吸附能力或能够提高电池电化学性能的功能性物质，有效地拦截和吸附多硫化物，达到抑制穿梭效应的作用，大大提高了锂硫电池的实际比容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池，属于电化学电池领域。

背景技术

当前社会经济蓬勃发展，信息化进程不断加深，移动电器、交通工具、化工产业不断更新发展，对能源的要求日益提高，人们对于高效、稳定、高能的清洁能源需求愈发迫切。目前锂硫电池凭借其硫正极具有的容量大、质量轻、清洁环保、廉价易得等特点受到世界各国的重视，其提供了高达1675mAh/g理论比容量和高达2600Wh/kg理论比能量，成为未来炙手可热的一种环保高能的清洁能源。但是硫正极本身也存在诸多问题，譬如硫本身的导电性差(～5×10^-30S/cm，25℃)，以及反应过程中多硫化物的穿梭效应，硫的体积变化大等问题降低了电池的实际比容量和电化学活性，大大限制了其未来工业化的发展。

为了能够找到提高锂硫电池性能的方法，研究人员作出了一系列的努力，设计了各种奇思妙想的方案。譬如设计蛋壳型刚性氧化物骨架包覆硫，减少多硫化物向外扩散和减弱硫的体积膨胀；通过隔膜改性，阻挡多硫化物的扩散和加强对多硫化物的吸附；各类如石墨烯、聚苯胺等导电材料与硫进行复合，加强硫的导电性和提高反应活性等。上述措施在一定程度上降低穿梭效应等缺陷对电池性能的影响，但是所用材料制备复杂，工艺繁复，成本较高，未能从根本上解决多硫化物溶解穿梭的问题，同时存在一定的制备和操作缺陷，不便于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池，该电池具有可操作性强、效果显著、成本低廉的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池，包括含硫活性材料正极、隔膜、电解液金属锂负极和泡沫镍集流体，在含硫活性材料正极与隔膜之间放置阻挡层；其特征在于：所述阻挡层是在碳纤维布表面复合上金属氧化物、金属、金属合金或者金属氢氧化物等一种或多种。

其中金属氧化物包括TiO₂、MnO₂、Co₃O₄、MoO₂、Al₂O₃、La₂O₃、V₂O₅、ZrO₂等中的一种或多种；其中金属包括Pt、Ag、Cu、Fe、Au、Ni等中的一种或多种，其中金属合金包括Ni合金、Fe合金、Ag合金、Au合金等中的一种或多种；其中金属氢氧化物包括等Al(OH)₃、Mn(OH)₂、Ti(OH)₄、Fe(OH)₃、Fe(OH)₂、Mg(OH)₂、Cu(OH)₂中的一种或多种；

碳纤维布制备方法

所述碳纤维布的厚度为0.34～0.38mm。所述碳纤维布的密度为160～180g/cm²。安装前需对碳纤维布进行清洗、干燥，包括如下操作：

将碳纤维布分别用5％～20％的稀硝酸，去离子水和乙醇超声洗涤10～20分钟。然后在50℃真空干燥箱中干燥6～12小时。最后用等离子清洗机对碳纤维布进行清洗，清洗过程中工作电压设为700V，氧气流速设为500m L/min。