【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂硫电池材料领域，具体涉及锂硫电池夹层材料及制备方法。
技术介绍
1、高比容量(理论最高值可达1675mah g-1)和高能量密度(理论最高值可达2600whkg-1)以及高体积密度(理论最高值可达2800wh l-1)的锂硫电池是新一代储能电池的候选产品。并且，作为活性物质的硫具有储量丰富、环保无毒、成本低廉等优点，更使得锂硫电池备受研究者青睐。但锂硫电池目前尚存在着一些瓶颈问题急需解决，包括：
2、(1)硫的绝缘性以及其反应产物li2s的绝缘性；
3、(2)中间产物多硫化锂lipss(li2sn，4≤n≤8)易溶解于醚类电解质中并随之迁移到负极发生“穿梭效应”；
4、(3)硫完全转化为li2s后体积膨胀巨大，导致阴极活性材料的利用率低、容量衰减快；
5、(4)锂阳极易形成枝晶引起电池的形态变化和短路；
6、(5)n2和n2o气体导致电化学性能下降。这一系列不足直接导致锂硫电池容量的较快衰减，阻碍其商业化应用。
7、因此，迫切需要设计开发出新型材料以克服上述缺陷，使锂硫电池能充分发挥高可逆容量和优异循环性能的优势。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，为了能够同时解决锂硫电池的多方面缺陷，实现高比容量的储能电池制备，本专利技术提供了一种锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、(一)锂硫
4、所述中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料是将中空氧化铈纳米棒原位生长在无纺布基底的纤维表面上制成的。
5、具体地，中空氧化铈纳米棒均匀生长于无纺布基底的纤维表面。
6、所述中空氧化铈纳米棒的内部具有孔道，所述孔道为全部开放。所述中空氧化铈纳米棒的平均孔径约为5～15nm，所述中空氧化铈纳米棒的平均外径为15～25nm，所述中空氧化铈纳米棒的长度与外径之间的比例约为4:1，所述中空氧化铈纳米棒在无纺布基底上的质量百分比为50～60％，优选为54.8％。
7、具体地，所述夹层材料是通过简单的模板法将中空氧化铈纳米棒原位生长在无纺布基底上后制备得到的。进一步地，所述夹层材料是通过依次采用水热生长、煅烧处理、刻蚀处理使得中空氧化铈纳米棒原位生长于粘胶基碳化无纺布上后得到的。
8、其中，所述无纺布基底的厚度优选为102.5±3μm。所述无纺布基底为粘胶基碳化无纺布。所述粘胶基碳化无纺布是将具有紧密三维网状结构的粘胶无纺布依次进行预处理和碳化处理后制成的。所述的粘胶基碳化无纺布的碳化处理的条件为：在保护气体气氛中，以5～10℃/min的升温速率由常温升温至900～1000℃并在900～1000℃下持续碳化2～3小时。
9、(二)锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法
10、所述制备方法的步骤具体为：
11、s1)制备粘胶基碳化无纺布：将粘胶无纺布进行预处理，随后进行高温碳化处理，得到粘胶基碳化无纺布；
12、所述预处理具体为：将粘胶无纺布浸入去离子水中，在40～60℃下超声1～2小时后，取出粘胶无纺布并将其转移到质量分数为5～8％的盐酸(hcl)溶液中，在常温下超声30～45分钟后取出。
13、所述高温碳化处理的条件为：在保护气体气氛中，以5～10℃/min的升温速率由常温升温至900～1000℃并在900～1000℃下持续碳化2～3小时，最后自然冷却至室温。
14、s2)制备模板氧化锌粘胶基碳化无纺布：将步骤s1)得到的粘胶基碳化无纺布依次进行生长种子层处理、水热生长处理，在粘胶基碳化无纺布的纤维表面生长氧化锌纳米棒后得到模板氧化锌粘胶基碳化无纺布；所述步骤s2)具体为：
15、s2.1)生长种子层处理：将步骤s1)得到的粘胶基碳化无纺布浸入氧化锌种子层溶液中，在常温下浸渍处理10～12min，随后取出粘胶基碳化无纺布并在100℃下烘干至干燥，重复上述浸渍处理和烘干处理1～3次；再在300～350℃的温度下退火得到氧化锌种子层粘胶基碳化无纺布；退火的过程具体为：将干燥后的粘胶基碳化无纺布放入300～350℃马弗炉中退火10～15min；
16、所述氧化锌种子层溶液的溶剂为无水乙醇，各溶质及其浓度分别为：氢氧化钠的浓度5～7.5g/l，乙酸锌二水合物的浓度为27.5～30g/l。
17、s2.2)水热生长氧化锌纳米棒：将所述步骤s2.1)得到的氧化锌种子层粘胶基碳化无纺布浸入氧化锌生长溶液中，在95～100℃下水热反应10～12小时，取出后在60～80℃下烘干得到模板氧化锌粘胶基碳化无纺布；
18、所述氧化锌生长溶液的溶剂为水，各溶质及其浓度分别为：六水合硝酸锌的浓度为3.5～3.75g/l，六亚甲基四胺的浓度为0.875～1g/l，聚乙烯亚胺的浓度为2.25～2.5g/l，一水合氨(氨水)的体积分数为0.425～0.5％。
19、s3)制备核壳氧化铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布：对模板氧化锌粘胶基碳化无纺布依次进行水浴加热处理、高温煅烧处理后，得到核壳氧化铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布；其中，所述高温煅烧中的高温为600～700℃。所述步骤s3)具体为：
20、s3.1)水浴加热处理：将步骤s2)得到的模板氧化锌粘胶基碳化无纺布浸入浓度为1.75～1.8g/l的硝酸铈六水合物水溶液中，在60～65℃下反应2～3h，取出后在60～80℃下烘干得到核壳硝酸铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布；
21、s3.2)高温煅烧处理：将所述步骤s3.1)得到的核壳硝酸铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布转移至管式炉中进行高温煅烧处理，自然冷却后得到核壳氧化铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布；
22、高温煅烧处理的条件为：在保护气体气氛下，以5～10℃/min的升温速率由常温升温至600～700℃并在600～700℃时持续煅烧2～3小时。
23、s4)制备中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布：将步骤s3)得到的核壳氧化铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布经过碱洗刻蚀处理后，得到中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布；所述步骤s4)具体为：
24、将所述步骤s3)得到的核壳氧化铈/氧化锌粘胶基碳化无纺布在浓度为40～50g/l的氢氧化钠溶液中在常温下浸泡20～24h，清洗后在60～80℃下烘干后得到中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料。
25、(三)一种锂硫电池
26、所述锂硫电池的夹层材料本专利技术提供的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料。
27、作为本专利技术的一种可选技术方案，所述锂硫电池主要由夹层材料、正极材料、负极材料、电解液、隔膜和电极壳(正极壳和负极壳)组装而成。其中，所述正极材料是将升华后的单质硫和乙炔黑(ace本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料，其特征在于：所述夹层材料是将中空氧化铈纳米棒原位生长在无纺布基底的纤维表面上制成的。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料，其特征在于：所述中空氧化铈纳米棒的孔径为5～15nm，所述中空氧化铈纳米棒的外径为15～25nm。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料，其特征在于：所述无纺布基底为粘胶基碳化无纺布。
4.一种如权利要求1～3任一所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1)中，所述预处理的过程具体为：将所述粘胶无纺布浸入水中，在40～60℃下超声后，取出粘胶无纺布并转移到质量分数为5％～8％的盐酸溶液中，在常温下超声后取出；
6.根据权利要求4所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化
7.根据权利要求4所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3)具体为：
8.根据权利要求4所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4)具体为：
9.一种锂硫电池，其特征在于：所述锂硫电池的夹层材料采用权利要求1～3任一所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料或权利要求4～8任一所述的制备方法制备得到的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料。
10.根据权利要求9所述的锂硫电池，其特征在于：所述锂硫电池还包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜和电极壳，所述夹层材料设于正极材料与隔膜之间。
...【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料，其特征在于：所述夹层材料是将中空氧化铈纳米棒原位生长在无纺布基底的纤维表面上制成的。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料，其特征在于：所述中空氧化铈纳米棒的孔径为5～15nm，所述中空氧化铈纳米棒的外径为15～25nm。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料，其特征在于：所述无纺布基底为粘胶基碳化无纺布。
4.一种如权利要求1～3任一所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的锂硫电池用中空氧化铈纳米棒修饰粘胶基碳化无纺布夹层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1)中，所述预处理的过程具体为：将所述粘胶无纺布浸入水中，在40～60℃下超声后，取出粘胶无纺布并转移到质量分...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜平凡，吕阳，苏志勤，邱琳琳，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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