CN111653714B - 一种高循环性能电池 - Google Patents

一种高循环性能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111653714B
CN111653714B CN202010543948.7A CN202010543948A CN111653714B CN 111653714 B CN111653714 B CN 111653714B CN 202010543948 A CN202010543948 A CN 202010543948A CN 111653714 B CN111653714 B CN 111653714B
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous hollow
sio
zinc sulfide
copper zinc
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010543948.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111653714A (zh
Inventor
奥格博多·埃奎·朱德
李军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Bosheng New Energy Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Hunan Bosheng New Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Bosheng New Energy Technology Co ltd filed Critical Hunan Bosheng New Energy Technology Co ltd
Priority to CN202010543948.7A priority Critical patent/CN111653714B/zh
Publication of CN111653714A publication Critical patent/CN111653714A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111653714B publication Critical patent/CN111653714B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高循环性能电池，其包括正极、负极、隔膜及电解液，隔膜包括基膜及涂覆于基膜表面的硫化铜锌/多孔空心SiO2的复合材料层，硫化铜锌/多孔空心SiO2具体制备工艺为(1)制备多孔空心SiO2材料；(2)将锌盐与铜盐加入乙醇‑水溶液中搅拌溶解，(3)在溶液中加入硫脲、SiO2材料，再将该混合液转移到反应釜中，在160～230℃下反应15～18小时；(4)将产物在350～500℃下烧结，反应完成后，待粉末自然冷却至室温，经洗涤、干燥后得到硫化铜锌/多孔空心SiO2复合材料，将该复合材料涂覆于基膜表面以应用于锂硫电池。采用本发明的技术方案能够有效抑制锂硫电池循环过程中多硫化锂引发的穿梭效应，提高锂硫电池的循环性能。

Description

一种高循环性能电池
技术领域
本发明属于电池技术领域。
背景技术
工业与信息化社会的蓬勃发展对储能材料提出了更高的要求。理论上锂硫电池的能量密度大约是2600Wh·kg-1,最高比容量高达1675mAh·g-1以上,远远超出目前已实用化的锂电体系。除此之外,硫具有原材料成本极低,环境友好等特点。因而锂硫电池成为了极具开发前景的储能材料。但是由于单质硫较差的导电性以及多硫化锂溶解穿梭等因素造成锂硫电池出现正极材料的活性物质利用率大幅下降、电池循环性能差的问题，限制了锂硫电池的商业化应用。对隔膜进行改性，是一种非常有可能解决这一点的方法，并已经获得了大量研究人员的关注。其中金属氧化物/硫化物/磷化物/氮化物等极性无机纳米颗粒，因其对多硫化物具有强的化学吸附作用，而被视作良好的隔膜修饰类材料。
本发明制备了硫化铜锌/多孔空心SiO2复合材料，并将其首次应用在锂硫电池，获得了优异的循环和倍率性能。
发明内容
本发明实施例提供一种锂硫电池隔膜，其特征在于，所述隔膜包括聚烯烃基膜和硫化铜锌/多孔空心SiO2复合材料涂层，所述硫化铜锌/多孔空心SiO2位于所述聚烯烃基膜表面，所述硫化铜锌/SiO2复合材料包括空心多孔SiO2，以及填充于SiO2空心多孔中的硫化铜锌。
所述SiO2空心球直径为200～1000nm。
一种锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备多孔空心SiO2材料；
步骤2：将锌盐与铜盐混合于乙醇-水溶液中搅拌溶解，随后加入硫脲，继续搅拌，
步骤3：将步骤1中得到的空心多孔SiO2材料加入步骤2中的混合液中，随后将再转移到反应釜中，在160～230℃下反应15～18小时；
步骤4：将步骤3得到的产物干燥洗涤，随后在350～500℃下烧结，反应完成后，待粉末自然冷却至室温，经洗涤、干燥后得到硫化铜锌/空心多孔SiO2复合材料；
步骤5：将步骤4得到的复合材料和粘结剂、导电剂溶于N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀后涂覆在基膜的表面上，干燥。
所述多孔空心二氧化硅的制备工艺为：
将SiO2凝胶分散于水中，加入PVP，升温至80-100度，回流2-4小时，降至室温后再加入碱溶液，搅拌，离心，清洗，得到多孔空心SiO2微球。
有益效果：
本发明采用溶剂热反应在SiO2的多孔空心结构中原位负载硫化铜锌，并将其涂覆于隔膜以应用于锂硫电池，硫化铜锌作为P型硫化物半导体材料，其结构稳定，对多硫化物具有强的化学吸附作用；多孔空心的二氧化硅增大了复合材料颗粒的比表面积，不仅有利于提高隔膜对电解液的润湿和吸液力，而且便于负载大量的硫化铜锌，同时还可以对多硫化物起到物理吸附作用；将硫化铜锌与多孔空心的二氧化硅复合使得硫化铜锌在保持极性的同时，还可以维持较强的机械性能，从而可以紧密的与隔膜接触，此外，SiO2和硫化铜锌内部的晶界形成通道大大提高锂离子和电子的传输。另外，在浆料的制备过程中加入导电材料石墨烯，有利于改善隔膜的导电性。
附图说明
图1为本发明的材料示意图；
图2为本发明实施例1与比较例的循环性能图；
具体实施方式
实施例1
(1)多孔空心SiO2的制备：
将SiO2溶胶分散于水中，加入PVP，SiO2溶胶与PVP的质量比为1:0.8，升温至80度，回流2小时，降至室温后再加入NaOH溶液刻蚀，搅拌，离心，清洗，得到多孔空心SiO2微球；
(2)硫化铜锌/多孔空心SiO2的制备
称取0.2g CuCl2和0.15g ZnCl2加入乙醇-水溶液中搅拌溶解，随后加入硫脲0.3g，继续搅拌，
将步骤1中得到的SiO2材料加入上述混合液中，随后将再转移到反应釜中，在160～230℃下反应15～18小时；
步骤4：将步骤3得到的产物干燥洗涤，随后在400℃下烧结，反应完成后，自然冷却至室温，经洗涤、干燥后得到硫化铜锌/多孔空心SiO2复合材料；
(3)锂硫电池隔膜的制备
将复合材料和粘结剂、导电剂石墨烯溶于N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀后涂覆在基膜PP的一侧表面上，干燥。
(4)电池组装
将隔膜应用于组装锂硫电池，电池的组装顺序为：正极壳、科琴黑-硫复合正极、隔膜、金属锂片、钢片、负极盖，最终得到改性的锂硫电池。
对比例1直接采用商用PP隔膜作为锂硫电池隔膜。
从图2中可以看出，实施例1经硫化铜锌/多孔空心SiO2改良的隔膜效果其循环性能明显优于未改性的PP隔膜。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种锂硫电池隔膜，其特征在于，所述隔膜包括聚烯烃基膜和硫化铜锌/多孔空心SiO2涂层，所述硫化铜锌/多孔空心SiO2涂覆于聚烯烃基膜表面，所述硫化铜锌/多孔空心SiO2材料包括多孔空心SiO2，以及填充于SiO2多孔空心中的硫化铜锌；具体的制备工艺如下：
步骤1：制备多孔空心SiO2材料；
步骤2：将锌盐与铜盐加入乙醇-水溶液中搅拌溶解，随后加入硫脲，继续搅拌；
步骤3：将步骤1中得到的SiO2材料加入步骤2中的混合液中，随后将其转移到反应釜中，在160～230℃下反应15～18小时；
步骤4：将步骤3得到的产物干燥洗涤，随后在350～500℃下烧结，反应完成后，待粉末自然冷却至室温，经洗涤、干燥后得到硫化铜锌/多孔空心SiO2复合材料；
步骤5：将步骤4得到的复合材料、粘结剂和石墨烯溶于NMP中，混合均匀后涂覆在基膜的一侧表面上，干燥；
步骤1中多孔空心SiO2的制备工艺为：
将SiO2溶胶分散于水中，加入PVP，升温至80-100℃，回流2-4小时，降至室温后再加入碱溶液，搅拌，离心，清洗，得到多孔空心SiO2微球。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池隔膜，所述硫化铜锌分子式为ZnaCu1-aS，其中，0.05≤a≤0.1。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池隔膜，所述多孔空心SiO2直径为500-1000nm，所述硫化铜锌粒径为5-50nm。
4.一种高循环性能电池，包括正极、负极、权利要求1所述的隔膜和电解液，正极为科琴黑-硫复合正极，负极为金属锂片。
CN202010543948.7A 2020-06-15 2020-06-15 一种高循环性能电池 Active CN111653714B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010543948.7A CN111653714B (zh) 2020-06-15 2020-06-15 一种高循环性能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010543948.7A CN111653714B (zh) 2020-06-15 2020-06-15 一种高循环性能电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111653714A CN111653714A (zh) 2020-09-11
CN111653714B true CN111653714B (zh) 2021-05-04

Family

ID=72347873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010543948.7A Active CN111653714B (zh) 2020-06-15 2020-06-15 一种高循环性能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111653714B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112038545B (zh) * 2020-09-29 2023-05-02 河北中科莱特储能科技有限公司 一种锂硫电池复合隔膜及其制备方法
CN112038552B (zh) * 2020-09-29 2023-08-01 深圳市泰能新材料有限公司 一种细菌纤维素复合锂硫电池隔膜
CN116936939A (zh) * 2023-08-09 2023-10-24 广东工业大学 基于转化型正极的无穿梭效应锌-硅电池及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011088910A1 (de) * 2011-12-16 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Lithium-Schwefel-Zellen-Separator mit Polysulfidsperrschicht
CN103490027B (zh) * 2013-08-12 2016-03-23 中国科学院化学研究所 锂-硫电池用隔膜及其制备方法
CN105428699B (zh) * 2014-09-23 2018-04-03 中国科学院大连化学物理研究所 一种复合型结构的锂硫电池
CN106848161A (zh) * 2017-01-05 2017-06-13 清华大学深圳研究生院 锂硫电池用隔膜及包含该隔膜的锂硫电池
US20200091501A1 (en) * 2017-01-06 2020-03-19 Sabic Global Technologies B.V. Porous binder-free electrode film
CN109167010B (zh) * 2018-09-12 2021-07-27 肇庆市华师大光电产业研究院 一种用于锂硫电池的功能性隔膜及其制备方法
CN110635122B (zh) * 2019-09-27 2021-06-25 清华大学深圳国际研究生院 超薄褶皱碳层包覆ZnS复合夹层材料及其制备方法和用途

Also Published As

Publication number Publication date
CN111653714A (zh) 2020-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111653714B (zh) 一种高循环性能电池
CN102916167B (zh) 用作锂离子电池负极材料的介孔硅复合物及其制备方法
CN109244427B (zh) 碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法
CN105720251A (zh) 一种钠离子电池硫化锑基复合材料及其制备方法
CN111434609B (zh) 预锂化负极活性材料及其制备方法、负极片和锂离子电池
CN106356519A (zh) 一种锂离子电池用膨胀石墨/硅@碳负极材料的制备方法
CN108321438B (zh) 全石墨锂硫电池及其制备方法
CN112421045B (zh) 石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料的制备方法和用途
WO2019218779A1 (zh) 一种改性硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池
CN111525119B (zh) 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
CN111646459A (zh) 一种硼掺杂石墨烯材料的制备方法及其应用
JP5953624B2 (ja) Ｓｉ／Ｃ複合体の製造方法
CN108899520B (zh) 球花状Na3V2O2(PO4)2F-GO纳米复合材料及其制备方法和应用
CN108598417B (zh) 一种导电炭黑修饰二氧化硅气凝胶负载硫复合正极材料及其制备方法
CN110581265A (zh) 用于锂硫电池正极的中空球状CeO2-x@C复合材料的制备方法
CN111533186B (zh) 一种球形扩层二硫化钼的制备方法及其应用
CN113772718A (zh) 一种SnS-SnS2@GO异质结构复合材料及其制备方法和应用
CN112635726A (zh) 一种膨润土基复合材料及其制备方法和应用
CN115714173B (zh) 一种柔性锂硫电池正极材料及其制备方法
CN109346646B (zh) 一种新型锂硫电池隔膜材料、制备方法及应用
CN116364916A (zh) 一种用于室温钠硫电池的立方相钴镍硫化物与少层Ti3C2Tx MXene纳米片复合材料的制备方法
CN114335459B (zh) 二次电池用负极材料及其制备方法、负极片和二次电池
CN116364854A (zh) 一种正极极片和钠离子电池
TWI762238B (zh) 一種無電鍍金屬/硫奈米複合材料之製作方法、使用該奈米複合材料之無電鍍金屬/硫陰極、及使用該陰極之電池
CN112670458B (zh) 一种硅碳材料的制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210414

Address after: 417000 Loudi Economic and Technological Development Zone, Hunan Province

Applicant after: Hunan Bosheng New Energy Technology Co.,Ltd.

Address before: No.6 Xiaolai Road, Hetoudian Town, Laixi City, Qingdao City, Shandong Province 266000

Applicant before: Laixi Xingmai advanced material technology center

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant