[发明专利]一种自支撑锂硫电池功能性隔层的制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种自支撑锂硫电池功能性隔层的制备方法。该功能性隔层为ZIF8/Mxene复合材料掺杂有聚丙烯腈纳米纤维。该功能性隔层有效缓解了目前锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显的问题以及电化学性能不稳定的缺陷。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种自支撑锂硫电池功能性隔层的制备方法。

背景技术

随着科学技术和信息产业的飞速发展，当今世界急切需求可再生能源和新能源。锂离子电池具有高比能、环境友好无污染、资源丰富、价格低廉等优点，成为移动电子产品和电动汽车等储能设备的选择。以硫作为锂硫电池正极材料，其理论容量达到1675mAh/g，理论能量密度可达到2600Wh/kg，锂硫电池被认为是最具发展前景的二次电池之一。然而，单质硫的导电性很差，其充放电过程的中间产物导电性也差，多硫化物在反应过程中存在穿梭效应等问题，导致正极材料的利用率一直处于较低的水平，影响其的实际应用。因此，如何提高锂硫电池的循环寿命、提高正极活性物质利用率以及改善其导电性，解决多硫化物穿梭效应等问题成为锂硫电池的研究重点。

现有技术中功能性隔层可以用来直接解决锂硫电池的穿梭效应，大多数功能性隔层利用普通的隔膜，将所设计得到的物质涂敷在隔膜表面，使其存在于极片与锂片之间，能起到物理性或化学性固定多硫化物以避免穿梭的效果，这样提高了正极活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的整体性能。

除了将功能性材料涂敷在隔膜表面，直接采用自支撑的隔层材料作为锂硫电池的功能性隔层也是一种可行的技术手段。具有自支撑结构的碳材料由于其优异的导电性及较高的比表面积而大量的应用于锂硫电池的功能性隔层。目前有将多壁碳纳米管纸(MWCNT)作为锂硫电池隔层，通过简单的分散、真空抽滤得到自支撑的MWCNT柔性碳隔层。还有采用静电纺丝技术得到PAN纳米纤维纸，再经碳化CO₂活化，得到孔道结构丰富的碳纳米纤维隔层以及PAN-Nafion纳米纤维隔层应用于锂硫电池。然而单纯的碳材料虽然有着较高的比表面积及较好的导电性，但是只能依靠比表面积以物理吸附的方式对多硫化锂进行吸附，因此对多硫化物的固定能力有限，成为导致自支撑碳材料无法得到广泛应用的一个重要因素。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种自支撑锂硫电池功能性隔层的制备方法，该功能性隔层有效缓解了目前锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显的问题以及电化学性能不稳定的缺陷。

本发明的技术方案为：一种自支撑锂硫电池功能性隔层为ZIF8/Mxene复合材料掺杂有聚丙烯腈纳米纤维。

所述自支撑锂硫电池功能性隔层的制备方法，首先制备MXene；然后在Mxene表层生长一层ZnO颗粒，通过自转化方式将ZnO颗粒转化为ZIF8晶体，制得ZIF8/Mxene复合材料；最后通过静电纺丝将ZIF8/Mxene复合材料固定于聚丙烯腈的网格中织构成自支撑锂硫电池功能性隔层。

所述自支撑锂硫电池功能性隔层的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备MXene：将研磨后的MAX相陶瓷粉体浸入HF溶液中，加热、搅拌后离心取得产物，将所得离心产物洗涤、干燥，即得MXene粉末；

(2)制备ZIF8/Mxene复合材料：首先称取步骤(1)所得MXene粉末均匀铺于瓷舟底部；然后配置醋酸锌-乙醇溶液，利用滴涂法将醋酸锌-乙醇溶液滴涂于MXene粉末至粉末湿润，再置于60℃烘箱中烘至干燥，重复滴涂-干燥操作3～6次后将瓷舟置于马弗炉中进行热处理，热处理完成后随炉冷却得到包覆有ZnO颗粒的MXene；最后称取包覆有ZnO颗粒的MXene置于二甲基咪唑的甲醇溶液中充分溶解，搅拌均匀后水浴加热，之后离心收集即得ZIF8/Mxene复合材料；