[发明专利]一种室温钠硫电池隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种室温钠硫电池隔膜的制备方法，涉及室温钠硫电池技术领域。制备方法如下：将一定量的硒粉、钼酸钠分别加入水合肼和去离子水中形成溶液，转入高压反应釜进行水热反应。前驱体经离心、洗涤、干燥以及退火后得到二硒化钼/氮掺杂空心碳球复合材料。再将制备的二硒化钼/氮掺杂空心碳球和氧化石墨烯按照一定的比例加入到盛有500毫升乙醇的烧杯中，用砂芯过滤装置进行过滤。二硒化钼为多硫化钠吸附材料，片层结构的氧化石墨烯可以有效阻挡二硒化钼/氮掺杂空心碳球复合材料穿过玻璃纤维隔膜。该改性方法生产工艺简单、成本低、所制得的功能化隔膜表现出优良的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，特别是涉及一种室温钠硫电池隔膜的制备方法，属于先进纳米复合材料制备工艺技术领域。

背景技术

自从大约30年前锂离子电池首次商业化以来，可充电锂离子电池已成为消费者、健康以及军事领域中便携式设备的通用电源。现在，开始进入运输领域的市场，并且用于负载均衡和电能的大规模存储来自替代能源，例如风能和太阳能。基于Li⁺/Li氧化还原对的电池具有极具吸引力高压和较高容量，锂是正电性最强的金属(相对于标准氢为-3.04V电极)，并具有非常低的原子质量。在过去的30年中，锂离子电池容量逐渐提高，但主要组件(包括阴极和阳极材料)并未发生重大改变。

目前，商用锂离子电池具有理论容量低的特点，越来越不能满足日益增长的需求，特别是在电动汽车和固定电力存储设备领域中的应用。因此，开发具有高能量密度、高比容量的新一代电池成为研究热点。室温钠硫电池不仅具有较低的工作温度，而且还具有更高的理论重量容量(1675毫安时每克)和能量密度(1274瓦时每千克)，基于硫被完全还原为硫化钠，其理论容量是高温钠硫电池的三倍。尽管具有这些优点，室温钠硫电池的发展仍受到穿梭效应、枝晶生长和低电导率等难题的限制。因此，发展新型功能化隔膜来改善室温钠硫电池电化学性能并促进其实际应用迫在眉睫。

二硒化钼不仅和可溶性多硫化物存在强烈的相互作用，而且促进中间多硫化物的氧化还原反应动力学，从而提高了硫的利用率。玻璃纤维隔膜常用于室温钠硫电池。在充放电过程中，室温钠硫电池中易溶解的高阶多硫化物中间体会扩散到隔膜区域，然后优先以非活性硫基相关物质的形式沉淀在硫正极表面。另外，聚丙烯隔膜和玻璃纤维隔膜的微米级孔隙绝对不能防止多硫化物的穿梭。如在现有技术““Performance Enhancement andMechanistic Studies of Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries with aCarbon-Coated Functional Nafion Separator and a Na₂S/Activated CarbonNanofiber Cathode”,Xingwen Yu et al.,Chem.Mater.28(2016),896-905”中提到“利用非多孔钠化Nafion膜作为钠离子交换分离器，其离子电导率在室温下高达2.7×10^-5西门子每厘米”，然而其容量大小和循环寿命还有待于进一步提高。还有一部分研究人员利用碳材料来修饰玻璃纤维隔膜或者在正极和玻璃纤维隔膜之间加入插层来限制多硫化物溶解到电解液中形成的穿梭效应。这在一定程度上可以抑制多硫化物的穿梭效应。但是，随着反应的不断进行，产生的多硫化物逐渐增多，碳材料的吸附能力会达到极限。由于非极性的碳材料只能通过较弱的范德华力来吸附多硫化物，所以，在长循环过程中，可溶性中间多硫化物仍会溶解到电解液。为了提高室温钠硫电池的电化学性能，抑制可溶性中间多硫化物的穿梭是需要解决的技术难题，本发明针对这一问题，提出以二硒化钼/氮掺杂空心碳球/氧化石墨烯复合材料功能化的玻璃纤维作为室温钠硫电池的隔膜，以此提高室温钠硫电池的循环稳定性并且提高其放电比容量。

发明内容