[发明专利]一种球形CoS/g-C3

说明书

本发明公开了一种球形CoS/g‑C₃N₄复合材料修饰PP隔膜及其制备方法与应用。本发明方法以g‑C₃N₄为载体，以六水合氯化钴为钴源，硫脲为硫源，采用水热法制备CoS/g‑C₃N₄复合材料，然后将复合材料与添加剂分散于乙醇中，再通过简单地抽滤将修饰材料锚定在PP隔膜上，最后经干燥后得到具有CoS/g‑C₃N₄复合材料修饰修饰的PP隔膜。经过该复合材料修饰后的隔膜，可以极大地提升了锂‑硫电池的倍率性能与循环稳定性。同时，修饰层复合材料制备及其隔膜修饰的工艺流程简便、成本低廉和环境友好，适合规模放大。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种球形CoS/g-C₃N₄复合材料修饰PP隔膜及其制备方法与应用。

背景技术

自1991年日本SONY公司推出钴酸锂/碳负极体系的锂离子电池，锂离子电池就受到了人们的广泛关注，迅速发展并广泛应用于生活中各个领域，如手机、电脑和照相机等。随着科技的发展，人们对电池能量密度的需求也逐步提升。然而，受正极材料理论比容量的限制，锂离子电池比能量的提升变得十分困难。因此，发展新的电化学储能体系势在必行。单质硫因为其理论比容量高，资源储量丰富，近年来受到了人们的广泛关注。利用硫作为正极、锂作为负极的锂硫(Li-S)电池具有高达2600Wh·kg^-1的理论比能量，被认为是最具有研究价值和应用前景的锂二次电池体系之一(Advanced Materials,2019,31,27)。然而，Li-S电池的实际应用受到一些自身性质的阻碍，包括：①正极硫的导电性较差，限制了正极中的电子快速传输；②硫正极在电化学循环过程中会经历固 -液-固过程，造成其巨大的体积变化；③多硫化物的穿梭效应：电化学反应过程中生成的中间产物易溶于电解液，从而能穿过隔膜直接与负极锂反应，导致穿梭效应给电池容量带来巨大的衰减(Energy StorageMaterials,2019,23, 707-732)。以上不足制约着Li-S电池的发展，这也是目前锂硫电池的研究需要解决的重点问题。研究者提出了许多方案来改进Li-S电池的性能，其中，通过隔膜修饰提高Li-S电池的性能是一种非常有效的方法。通常，采用纳米碳材料涂层修饰隔膜是一种很常见的方法。纳米碳涂层既具有很好的导电性，也具有丰富的孔隙结构可以吸附溶解在电解液中的多硫化物，进而阻止多硫化物穿过隔膜到达负极，使电池的倍率性能和循环性能都得到很好的提升。然而，碳材料与多硫化锂之间的物理吸附作用力较弱，在长期循环过程中很难有效地锚定极性多硫化物。因此，研究者们在碳材料上引入杂原子(如N、S等)作为极性中心，从而提高碳基材料与极性多硫化物的相互作用，并取得了很好的结果。然而，目前报道的大部分杂原子掺杂碳中，引入的杂原子含量较低(10％)。据报道，氮化碳(g-C₃N₄)是一种N含量很高(N的含量约为57％)的碳基材料(Journal of EnergyChemistry，2020，43，71–77)，极大地提升了碳基材料的极性，为“固定”多硫化锂提供了充足的化学吸附位点。此外，穿梭效应主要来源于可溶于电解液的高阶多硫化物溶解后穿过隔膜到达负极，且直接与锂负极反应形成不可溶的Li₂S₂/Li₂S，进而导致活性材料的损失。因此减少高阶多硫化锂向负极的扩散和催化多硫化锂之间的转变是减少穿梭效应的两个有效手段。研究者们发现很多金属氧化物(TiO₂、MnO₂等)、硫化物(CoS₂、CoS、 MoS₂等)、氮化物(TiN)具有很好的催化高阶多硫化物转变为低阶多硫化物的活性(Advanced EnergyMaterials，2019，10，1903008)。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种球形 CoS/g-C₃N₄复合材料修饰PP(聚丙烯)隔膜的制备方法。