[发明专利]一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法及其使用方法

说明书

一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法及其使用方法，它属于锂硫电池领域。本发明称量好的所述的乙酰丙酮氧钒中加入所述的二甲基甲酰胺，磁力搅拌一定时间，充分溶解后，加入所述的4‑4二氨基二苯醚，超声一定时间后，在机械搅拌的条件下分次加入所述的均苯四甲酸酐，搅拌一定时间后，得到前体溶液，然后静电纺丝后高温化处理，通过高温碳化等步骤将其转化为含无定形氧化钒的纳米纤维网并用作锂硫电池的添加层。该纤维夹层对锂硫电池的中间产物起到了良好的限制作用并提供了良好的导电性，且制备该夹层时无需添加粘结剂与导电剂，后续电池性能测试也证明了该夹层对锂硫电池的性能有很大提升。

技术领域

本发明属于锂硫电池领域；具体涉及一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法及其使用方法。

背景技术

近些年来，人类对化石燃料等不可再生能源的过度开采和使用已造成严重的环境污染和全球变暖，因此开发可再生清洁能源技术是21世纪摆在科学家面前的一大难题。具有高能量密度，长循环寿命的锂离子电池，在过去的20年中已被广泛应用于手机，电脑和新能源汽车。然而，随着锂资源的短缺造成的成本增加以及对锂离子电池的比容量和循环性能等技术参数的更高需求，科学家们一直致力于开发更理想的二次电池，其中锂硫电池的理论能量密度(～2600Wh·kg^-1)远高于现有的商用锂离子电池(～500Wh·kg^-1)，并且硫元素在地壳中的含量高，价格便宜，而且对环境无污染，被视为未来锂离子最理想的替代电池。

然而锂硫电池仍面临着不小的挑战，其中最关键的问题是放电过程中生成的多硫化锂会溶解于电解液中，使活性物质硫的利用率大大降低，并降低了电池的循环性能。目前很多材料已经被开发出来用作正极中硫的负载物，包括碳材料，金属氧化物等，这些材料在一定程度上解决了多硫化物的溶解问题。然而，添加这些碳或金属化合物会降低电极的能量密度，因此近年来越来越多的人开始关注裸露的硫阴极。

发明内容

本发明目的是提供了一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法及其使用方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按照一定的料液比分别称量一定质量的乙酰丙酮氧钒、二甲基甲酰胺、4-4二氨基二苯醚、均苯四甲酸酐，待用；

步骤2、将步骤1中称量好的所述的乙酰丙酮氧钒中加入所述的二甲基甲酰胺，磁力搅拌一定时间，充分溶解后，加入所述的4-4二氨基二苯醚，超声一定时间后，在机械搅拌的条件下分次加入所述的均苯四甲酸酐，搅拌一定时间后，得到前体溶液，待用；

步骤3、将步骤2制备的前体溶液，进行静电纺丝，得到聚合物纤维，待用；

步骤4、将步骤3制备的聚合物纤维置于管式炉中进行热处理，以5℃min^-1的速率升温至250-300℃的范围内并保持1-2h，然后在氩气的保护下，以5-10℃min^-1的速率上升至650-900℃的范围内并保持1-2h，随后以5-10℃min^-1的速率降至300℃，最后退火至常温，制得一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料。

本发明所述的一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法，步骤1中乙酰丙酮氧钒、二甲基甲酰胺、4-4二氨基二苯醚、均苯四甲酸酐的料液比为1.0-1.2g:10-15ml:1.0-1.2g:1.08-1.2g。

本发明所述的一种用于锂硫电池的无定形氧化钒/碳纤维材料的制备方法，步骤2中乙酰丙酮氧钒中加入所述的二甲基甲酰胺的磁力搅拌时间10-20min，超声时间15-20min，机械搅拌时间20-30min。