CN113131095B - 隔离层及其制备方法、锂硫电池 - Google Patents
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Abstract
一种隔离层，包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物‑硫化物异质结构双向催化剂。本发明还提供一种隔离层的制备方法，及应用该隔离层的锂硫电池。本发明应用该隔离层的锂硫电池具有较佳的倍率性能和循环稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种隔离层，该隔离层的制备方法，及应用该隔离层的锂硫电池。
背景技术
锂硫电池具有超高的理论比容量和能量密度，在电池领域具有极大的应用价值和发展前景。在锂硫电池的充放电过程中，会生成放电产物(如Li2S2和Li2S)，由于硫单质和放电产物具有绝缘性，会导致活性物质硫的利用率较低。另外，在浓度梯度的作用下，放电产物会溶解于电解液中，并在正负极之间来回穿梭，导致活性物质硫的利用率进一步降低，进而导致了锂硫电池的倍率性能和循环稳定性均较差。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种隔离层，以解决上述锂硫电池的倍率性能和循环稳定性较差的问题。
另，还有必要提供一种隔离层的制备方法。
另，还有必要提供一种锂硫电池。
一种隔离层，应用于锂硫电池，包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。
进一步地，所述导电碳载体为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、及介孔碳中的至少一种；和/或
所述氮化物为氮化铁、氮化钴、氮化镍、氮化铜、及氮化锌中的至少一种；和/或
所述硫化物为硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化铜、及硫化锌中的至少一种；和/或
所述基体层的材质为聚丙烯。
进一步地，所述导电碳载体和氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的质量比为1～10：10～1；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，所述氮化物与硫化物的质量比为1～9：9～1；和/或
所述氮化物的粒径为50～200nm；和/或
所述硫化物的粒径为50～200nm；和/或
所述阻挡层的面载量为0.2～0.5mg/cm2；和/或
所述阻挡层的厚度为10～40μm；和/或
所述隔离层的直径为15～25mm。
进一步地，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂均匀地负载于所述导电碳载体上；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂牢固地负载于所述导电碳载体上。
一种隔离层的制备方法，包含以下步骤：
提供基体、金属盐、沉淀剂、硫源、导电碳载体、及水；
将所述金属盐和沉淀剂加入至水中，进行第一次加热处理，得到氢氧化物沉淀；
在氨气气氛下，对所述氢氧化物沉淀进行第二次加热处理，得到氮化物；
混合所述氮化物和硫源，在惰性气体气氛下，进行第三次加热处理，得到氮化物-硫化物异质结构双向催化剂；及
混合所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体，进行超声处理，以使所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂负载于导电碳载体上；及
将负载有所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的导电碳载体通过真空抽滤负载于所述基体上，得到所述隔离层，其中，所述隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。
进一步地，所述第一次加热处理的温度为90～110℃，时间为3～5h；和/或
所述第二次加热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，升温速率为5～10℃/min，氨气的流量为50～150sccm；和/或
所述第三次加热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，升温速率为5～10℃/min，惰性气体的流量为20～40sccm。
进一步地，所述金属盐为可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铁盐、及可溶性锌盐中的至少一种；和/或
所述氮化物为氮化铁、氮化钴、氮化镍、氮化铜、及氮化锌中的至少一种；和/或
所述硫化物为硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化铜、及硫化锌中的至少一种；和/或
所述导电碳载体为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、及介孔碳中的至少一种；和/或
所述硫源为硫单质、硫脲、及硫代硫酸钠中的至少一种；和/或
所述沉淀剂为尿素、氨水、及氢氧化钠中的至少一种；和/或
所述基体层的材质为聚丙烯。
进一步地，所述导电碳载体和氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的质量比为1～10：10～10；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，所述氮化物与硫化物的质量比为1～9：9～1；和/或
所述金属盐和沉淀剂的摩尔比为1：3～5；和/或
所述氮化物和硫源的质量比为1：5～10；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的氮化物的粒径为50～200nm；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的硫化物的粒径为50～200nm；和/或
所述阻挡层的面载量为0.2～0.5mg/cm2；和/或
所述阻挡层的厚度为10～40μm；和/或
所述隔离层的直径为15～25mm。
进一步地，对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体进行超声处理前，所述隔离层的制备方法还包括：
对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体进行研磨处理。
一种锂硫电池，包括上述隔离层。
本发明所提供的隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。所述阻挡层可有效阻隔多硫化锂在正负极之间来回穿梭。所述导电碳载体可加快电子的传输速度，可提高应用该隔离层的锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。所述导电碳载体具有较高的比表面积，可使负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂高度分散，以暴露出较多的活性位点，从而提高所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的催化效率。所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的氮化物可化学吸附多硫化锂，并促进多硫化锂向硫化锂转化，从而阻隔多硫化锂在正负极之间来回穿梭。所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的硫化物可进一步增强对多硫化锂的化学吸附，还可促进硫化锂向多硫化锂转化。协同所述氮化物和硫化物对多硫化锂的化学吸附，以及所述氮化物和硫化物的双向催化作用，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂不仅可有效地锚定多硫化锂，阻隔多硫化锂在正负极之间来回穿梭，还可加速多硫化锂和硫化锂之间的转化速度，以提高活性物质硫的利用率，从而提高应用该隔离层的锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂在低倍下的扫描电镜图。
图2为本发明实施例一制备的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂在高倍下的扫描电镜图。
图3为本发明实施例一的锂硫电池和对比例一的锂硫电池的循环伏安曲线图。
图4为本发明实施例一和实施例二的锂硫电池及对比例一和对比例二制备的锂硫电池的倍率性能图。
图5为本发明实施例一的锂硫电池和对比例一的锂硫电池的循环性能图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
本发明实施例提供一种隔离层，应用于锂硫电池。
所述隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂(参图1和图2)。
在一实施例中，所述导电碳载体为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、及介孔碳中的至少一种。
在一实施例中，所述氮化物为氮化铁、氮化钴、氮化镍、氮化铜、及氮化锌中的至少一种。
在一实施例中，所述氮化物的粒径为50～200nm，优选为100～200nm，更加优选为50～100nm。
在一实施例中，所述硫化物为硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化铜、及硫化锌中的至少一种。
在一实施例中，所述硫化物的粒径为50～200nm，优选为100～200nm，更加优选为50～100nm。
在一实施例中，所述基体层的材质为聚丙烯。
在一实施例中，所述导电碳载体和氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的质量比为1～10：10～1，优选为1～3：3～1。
在一实施例中，所述阻挡层的面载量为0.2～0.5mg/cm2，例如为0.2mg/cm2、0.3mg/cm2、0.4mg/cm2、或0.5mg/cm2。
在一实施例中，所述阻挡层的厚度为10～40μm，例如为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、或40μm。
在一实施例中，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂均匀地、牢固地负载于所述导电碳载体上。具体的，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂均匀地、牢固地负载于所述导电碳载体的外表面和/或内表面。
在一实施例中，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，所述氮化物与硫化物的质量比为1～9：1～9，例如为1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6、1：7、1：8、1：9、5：1、5：2、5：3、5：4、5：5、5：6、5：7、5：8、5：9、9：1、9：2、9：3、9：4、9：5、9：6、9：7、或9：8。
本发明所提供的隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。所述阻挡层可有效阻隔多硫化锂在正负极之间来回穿梭。所述导电碳载体的三维网络结构可加快电子的传输速度，可提高应用该隔离层的锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。所述导电碳载体具有较高的比表面积，可使负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂高度分散，以暴露出较多的活性位点，从而提高所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的催化效率。所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的氮化物可化学吸附多硫化锂，且即使在高硫负载条件下也可促进多硫化锂向硫化锂转化，从而阻隔多硫化锂在正负极之间来回穿梭。所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的硫化物可进一步增强对多硫化锂的化学吸附，且即使在高硫负载条件下也可促进硫化锂向多硫化锂转化。协同所述氮化物和硫化物对多硫化锂的化学吸附，以及所述氮化物和硫化物的双向催化作用，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂不仅可有效地锚定多硫化锂，阻隔多硫化锂在正负极之间来回穿梭，还可加速多硫化锂和硫化锂之间的转化速度，以提高活性物质硫的利用率，从而提高应用该隔离层的锂硫电池的倍率性能和长期循环稳定性。
本发明实施例还提供一种隔离层的制备方法，包含以下步骤：
步骤S1：提供基体、金属盐、沉淀剂、硫源、导电碳载体、及水；
步骤S2：将所述金属盐和沉淀剂加入至水中，进行第一次加热处理，得到氢氧化物沉淀；
步骤S3：在氨气气氛下，对所述氢氧化物沉淀进行第二次加热处理，得到氮化物；
步骤S4：混合所述氮化物和硫源，在惰性气体气氛下，进行第三次加热处理，得到氮化物-硫化物异质结构双向催化剂；及
步骤S5：混合所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体，进行超声处理，以使所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂负载于导电碳载体上；及
步骤S6：将负载有所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的导电碳载体通过真空抽滤负载于所述基体上，冷却至室温，于60℃的温度下干燥2h后，得到所述隔离层。其中，所述隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。
在一实施例中，所述水可为去离子水。
在一实施例中，所述超声处理为将所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体置于无水乙醇中，超声1～4h。
在一实施例中，所述第一次加热处理的温度为90～110℃，时间为3～5h。在所述第一次加热处理中，可进行磁力搅拌。
在一实施例中，可通过真空抽滤将所述氢氧化物沉淀与溶液分离，再对所述氢氧化物沉淀进行清洗和干燥处理。所述清洗处理可为采用水和酒精分别清洗该氢氧化物沉淀若干次。所述干燥处理可为将该氢氧化物沉淀于50～70℃的温度下干燥10～14h。
在一实施例中，所述第二次加热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，升温速率为5～10℃/min，氨气的流量为50～150sccm。在所述第二次加热处理的过程中，氨气与氢氧化物沉淀反应生成氮化物。
在一实施例中，可将该氢氧化物沉淀置于管式炉的瓷舟中，进行第二次加热处理。
在一实施例中，所述第三次加热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，升温速率为5～10℃/min，惰性气体的流量为20～40sccm。在所述第三次加热处理的过程中，硫源与部分氮化物反应生成硫化物。
在一实施例中，可将该氮化物和硫源置于管式炉的瓷舟中，进行第三次加热处理。
在一实施例中，所述金属盐为可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铁盐、及可溶性锌盐中的至少一种。具体的，所述金属盐可为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、及醋酸锌中的至少一种。
在一实施例中，所述氮化物为氮化铁、氮化钴、氮化镍、氮化铜、及氮化锌中的至少一种。
在一实施例中，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，氮化物的粒径为50～200nm，优选为100～200nm，更加优选为140～160nm。
在一实施例中，所述硫化物为硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化铜、及硫化锌中的至少一种。
在一实施例中，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，硫化物的粒径为50～200nm，优选为100～200nm，更加优选为140～160nm。
在一实施例中，所述导电碳载体为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、及介孔碳中的至少一种。
在一实施例中，所述硫源为硫单质、硫脲、及硫代硫酸钠中的至少一种。所述硫单质的粒径为50～200nm。
在一实施例中，所述沉淀剂为尿素、氨水、及氢氧化钠中的至少一种。
在一实施例中，所述基体层的材质为聚丙烯。
在一实施例中，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气、氪气、或氙气。
在一实施例中，所述导电碳载体和氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的质量比为1～10：10～1，优选为1～3：3～1。
在一实施例中，所述金属盐和沉淀剂的摩尔比为1：3～5，例如为1：3、1：4、或1：5。
在一实施例中，所述氮化物和硫源的质量比为1：5～10，例如为1：5、1：6、1：7、1：8、1：9、或1：10。
所述阻挡层的面载量为0.2～0.5mg/cm2，例如为0.2mg/cm2、0.3mg/cm2、0.4mg/cm2、或0.5mg/cm2。
在一实施例中，所述阻挡层的厚度为10～40μm，例如为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、或40μm。
在一实施例中，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，所述氮化物与硫化物的质量比为1～9：1～9，例如为1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6、1：7、1：8、1：9、5：1、5：2、5：3、5：4、5：5、5：6、5：7、5：8、5：9、9：1、9：2、9：3、9：4、9：5、9：6、9：7、或9：8。
在一实施例中，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂均匀地、牢固地负载于所述导电碳载体上。具体的，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂均匀地、牢固地负载于所述导电碳载体的外表面和/或内表面。
本发明技术方案中，对金属盐和沉淀剂的水溶液进行第一次加热处理后，得到氢氧化物沉淀。在氨气气氛下，对所述氢氧化物沉淀进行第二次加热处理，所述氨气与氢氧化物沉淀，得到氮化物。在惰性气体气氛下，对所述氮化物和硫源进行第三次加热处理，所述硫源与部分氮化物反应，得到氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和碳载体进行超声处理，以使所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂负载于导电碳载体上。将负载有所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的导电碳载体通过真空抽滤负载于所述基体上，得到所述隔离层。所述隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。所述基体层和导电碳载体均可有效阻隔多硫化锂和硫化锂在正负极之间来回穿梭。所述导电碳载体的三维网络结构可加快电子的传输速度，可提高应用该隔离层的锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。所述导电碳载体具有较高的比表面积，可使负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂高度分散，以暴露出较多的活性位点，从而提高所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的催化效率。所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的氮化物可化学吸附多硫化锂，且即使在高硫负载条件下也可促进多硫化锂向硫化锂转化，从而阻隔多硫化锂和硫化锂在正负极之间来回穿梭。所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的硫化物可进一步增强对多硫化锂的化学吸附，且即使在高硫负载条件下也可促进硫化锂向多硫化锂转化。协同所述氮化物和硫化物对多硫化锂的化学吸附，以及所述氮化物和硫化物的双向催化作用，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂不仅可有效地锚定多硫化锂，阻隔多硫化锂和硫化锂在正负极之间来回穿梭，还可加速多硫化锂和硫化锂之间的转化速率，以提高活性物质硫的利用率，从而提高应用该隔离层的锂硫电池的倍率性能和长期循环稳定性。
在一实施例中，对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体进行超声处理前，所述隔离层的制备方法还包括：对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体进行研磨处理，不仅可使氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体均匀混合，还可降低氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体的粒径。
在一实施例中，对所述氮化物和硫源进行第三次加热处理前，所述隔离层的制备方法还包括：对所述氮化物和硫源进行研磨处理，不仅可使氮化物和硫源均匀混合，还可降低氮化物和硫源的粒径。
本发明实施例还提供一种锂硫电池。
所述锂硫电池包括所述隔离层、碳硫复合正极、锂负极、及电解液。
由于该锂硫电池采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
在一实施例中，所述隔离层与碳硫复合正极之间设有15～30μL电解液，所述隔离层与锂负极之间也设有15～30μL电解液。优选地，所述隔离层与碳硫复合正极之间设有20μL电解液，所述隔离层与锂负极之间也设有20μL电解液。
在一实施例中，该碳硫复合正极含有正极活性材料、碳纳米管、及聚偏氟乙烯。该正极活性材料、碳纳米管、及聚偏氟乙烯的质量比为6～10：1：1，优选为8：1：1。该正极活性材料中的硫单质与碳纳米管的质量比为6～8：2～3，优选为7：3。
在一实施例中，该电解液含有溶剂、1M双三氟甲基磺酰亚胺锂、及质量百分比为1％的硝酸锂，该溶剂含有体积比为1：1的乙二醇二甲醚和1,3-二氧戊环。所述硝酸锂用于快速形成SEI(Solid Electrolyte Interphase)膜，以保护锂负极。
下面通过具体的实施例来对本发明进行具体说明。
实施例一
将7.11g六水合氯化镍和5.4g尿素加入到200ml的去离子水中，于90℃的温度下，磁力搅拌3h，得到绿色的氢氧化镍沉淀，待自然冷却后，通过真空抽滤得到该氢氧化镍沉淀，用水和酒精分别清洗该氢氧化镍沉淀三次，再放入60℃的鼓风烘箱干燥12h；
将该氢氧化镍沉淀置于管式炉的瓷舟中，在氨气气氛下，以5℃/min的升温速率加热到300℃，保温3h，得到灰黑色的氮化镍粉末，其中，氨气流量为150sccm；
通过机械研磨将19.2mg的硫单质和188mg氮化镍粉末充分混合，再置于管式炉的瓷舟中，在氩气气氛下，以5℃/min的升温速率加热到300℃，保温3h，得到实施例一的氮化镍-硫化镍异质结构双向催化剂，其中，氩气流量为20sccm，实施例一的氮化镍-硫化镍异质结构双向催化剂中的氮化镍与硫化镍的质量比为7：3；
通过机械研磨将10mg还原氧化石墨烯和5mg氮化镍-硫化镍异质结构双向催化剂充分混合，加入至80ml无水乙醇中超声处理2h，以使氮化镍-硫化镍异质结构双向催化剂负载于石墨烯上；
通过真空抽滤将该负载有氮化镍-硫化镍异质结构双向催化剂的石墨烯附着于聚丙烯基体层上，得到实施例一的隔离层。其中，实施例一的隔离层包括聚丙烯基体层和附着于该聚丙烯基体层上的阻挡层。该隔离层的直径为19mm。该阻挡层的面载量为0.3mg/cm2，厚度为20μm；
提供碳硫复合正极、锂负极、及电解液，其中，该碳硫复合正极含有正极活性材料、碳纳米管、及聚偏氟乙烯，该正极活性材料、碳纳米管、及聚偏氟乙烯的质量比为8：1：1，该正极活性材料中的硫单质与碳纳米管的质量比为7：3，该电解液含有溶剂、1M双三氟甲基磺酰亚胺锂、及质量百分比为1％的硝酸锂，该溶剂含有体积比为1：1的乙二醇二甲醚和1,3-二氧戊环；及
将碳硫复合正极、锂负极、电解液、及实施例一的隔离层组装为实施例一的锂硫电池。其中，该实施例一的隔离层与碳硫复合正极之间设有20μL电解液，该实施例一的隔离层与锂负极之间也设有20μL电解液。
实施例二
与实施例一的不同包括：硫单质的质量为32mg；氮化镍粉末的质量为188g；实施例二的氮化镍-硫化镍异质结构双向催化剂中的氮化镍与硫化镍的质量比为1：1。
其他步骤与实施例一相同，不再重复。
对比例一
与实施例一的不同包括：未提供硫单质与氮化镍粉反应，直接将10mg石墨烯和5mg氮化镍充分混合后，通过超声处理将氮化镍负载于石墨烯上。
其他步骤与实施例一相同，不再重复。
对比例二
与实施例一的不同包括：通过机械研磨将过量的硫单质和188mg氮化镍粉末充分混合，再置于管式炉的瓷舟中，在氩气气氛下，以5℃/min的升温速率加热到300℃，保温3h，得到对比例二的硫化镍催化剂，其中，氩气流量为20sccm；将10mg石墨烯和5mg硫化镍催化剂充分混合后，通过超声处理将硫化镍催化剂负载于石墨烯上。
其他步骤与实施例一相同，不再重复。
对实施例一和实施例二的锂硫电池和对比例一和对比例二的锂硫电池的电化学性能进行测试，包括倍率性能测试、循环稳定性测试、及循环伏安测试。其中，循环伏安测试的扫描速率为0.1mV/s；倍率性能测试为在不同的电流密度(分别为0.1C、0.2C、0.5C、1C、1.5C、及2C)下测试电池的放电比容量；循环性能测试为在1C(1.67A/g)的充放电电流密度下循环1000圈。
表1实施例一和实施例二的锂硫电池和对比例一和对比例二的锂硫电池的倍率性能测试结果
请参阅表1，相较于对比例一和对比例二的锂硫电池，实施例一和实施例二的锂硫电池在不同的电流密度下，均表现出更高的放电比容量。这表明，实施例一和实施例二的锂硫电池具有较佳的倍率性能。
表2实施例一和实施例二的锂硫电池和对比例一和对比例二的锂硫电池的循环稳定性测试结果
请参阅表1，相较于对比例一和对比例二的锂硫电池，实施例一和实施例二的锂硫电池在1C的电流密度下，循环1000次后，容量衰减率明显更低，表现出更佳的循环稳定性。
请参阅图3，相较于对比例一的锂硫电池，实施例一的锂硫电池的氧化峰向更低的电位偏移，还原峰向更高的电位偏移，表现出更小的极化。这表明，相较于对比例一的锂硫电池，实施例一的锂硫电池具有更快的氧化还原反应动力学。
请参阅图4，相较于对比例一和对比例二的锂硫电池，实施例一和实施例二的锂硫电池在不同的电流密度下，均表现出更高的放电比容量。这表明，相较于对比例一和对比例二的锂硫电池实施例一和实施例二的锂硫电池具有较佳的倍率性能。
请参阅图5，相较于对比例一的锂硫电池，实施例一的锂硫电池的在1C的电流密度下，循环1000次后，容量衰减率更低。这表明，相较于对比例一的锂硫电池，实施例一的锂硫电池具有较佳的循环稳定性。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种隔离层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供基体、金属盐、沉淀剂、硫源、导电碳载体及水；
将所述金属盐和沉淀剂加入至水中，进行第一次加热处理，得到氢氧化物沉淀；
在氨气气氛下，对所述氢氧化物沉淀进行第二次加热处理，得到氮化物；
混合所述氮化物和硫源，在惰性气体气氛下，进行第三次加热处理，得到氮化物-硫化物异质结构双向催化剂；及
混合所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体，进行超声处理，以使所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂负载于导电碳载体上；及
将负载有所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的导电碳载体通过真空抽滤负载于所述基体上，得到所述隔离层，其中，所述隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。
2.根据权利要求1所述的隔离层的制备方法，其特征在于，所述第一次加热处理的温度为90～110℃，时间为3～5h；和/或
所述第二次加热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，升温速率为5～10℃/min，氨气的流量为50～150sccm；和/或
所述第三次加热处理的温度为300～500℃，时间为1～3h，升温速率为5～10℃/min，惰性气体的流量为20～40sccm。
3.根据权利要求1所述的隔离层的制备方法，其特征在于，所述金属盐为可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铁盐及可溶性锌盐中的至少一种；和/或
所述氮化物为氮化铁、氮化钴、氮化镍、氮化铜及氮化锌中的至少一种；和/或
所述硫化物为硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化铜及硫化锌中的至少一种；和/或
所述导电碳载体为石墨烯、碳纳米管、碳纤维及介孔碳中的至少一种；和/或
所述硫源为硫单质、硫脲及硫代硫酸钠中的至少一种；和/或
所述沉淀剂为尿素、氨水及氢氧化钠中的至少一种；和/或
所述基体层的材质为聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的隔离层的制备方法，其特征在于，所述导电碳载体和氮化物-硫化物异质结构双向催化剂的质量比为1～10：10～1；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中，所述氮化物与硫化物的质量比为1～9：1～9；和/或
所述金属盐和沉淀剂的摩尔比为1：3～5；和/或
所述氮化物和硫源的质量比为1：5～10；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的氮化物的粒径为50～200nm；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂中的硫化物的粒径为50～200nm；和/或
所述阻挡层的面载量为0.2～0.5mg/cm2；和/或
所述阻挡层的厚度为10～40μm。
5.根据权利要求1所述的隔离层的制备方法，其特征在于，对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体进行超声处理前，所述隔离层的制备方法还包括：
对所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂和导电碳载体进行研磨处理。
6.一种隔离层，应用于锂硫电池，其特征在于，采用权利要求1至5中任一项所述的隔离层的制备方法制备得到；
所述隔离层包括基体层和设于所述基体层上的阻挡层，所述阻挡层包括导电碳载体和负载于所述导电碳载体上的氮化物-硫化物异质结构双向催化剂。
7.根据权利要求6所述的隔离层，其特征在于，所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂均匀地负载于所述导电碳载体上；和/或
所述氮化物-硫化物异质结构双向催化剂牢固地负载于所述导电碳载体上。
8.一种锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池包括如权利要求6至7中任一项所述的隔离层。
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