CN113690441A - 一种夹层材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种夹层材料及其制备方法和用途，所述的夹层材料包括三维碳纳米纤维基底材料，所述的三维碳纳米纤维基底材料的表面和内部均分布有钴铁合金纳米颗粒，所述钴铁合金纳米颗粒为近球形结构。所述的制备方法包括将细菌纤维素凝胶片浸泡在金属盐水溶液中，得到前驱体，再将前驱体依次经冷冻干燥和高温煅烧处理后，得到所述的夹层材料。在本发明中，分散良好的合金纳米颗粒与石墨化碳网络的结合大大降低了接触电阻，不仅能通过碳网络的多孔结构有效接触可溶性中间多硫化物，促进硫的利用，而且还能加速含硫物种在电催化过程中的电化学动力学。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及电池的夹层材料设计，尤其涉及一种夹层材料及其制备方法和用途。
背景技术
目前，人类对能源的需求量急剧增加，不可再生能源的过度开采和使用导致了严重的环境问题，开发和利用可再生和可持续能源发电已引起人们的广泛关注。锂硫电池在20世纪60年代初首次提出，由于其高理论能量密度(2600Whkg-1)和比容量(1675mAhg-1)，引起了人们的广泛兴趣。而且，硫资源丰富，成本低，对环境友好，是一种很有前途的储能器件。尽管有这些优点，但也有一些缺点阻碍锂硫电池的实际应用。如硫/硫化锂的绝缘特性、单质S与还原产物Li2S的密度差异造成的正极材料严重的体积膨胀、锂枝晶的生长、多硫化物的梭形效应等不可避免的缺点严重阻碍了它的实际应用。其中，多硫化物的穿梭效应造成了活性材料不可逆损失，不仅降低了能源效率而且限制了锂硫电池的循环稳定性。
CN108598410B公开了一种锂硫电池夹层材料的制备方法。该方法包括以下步骤：将二水合钼酸钠与硫脲加入到去离子水中，配制成混合溶液A；另外，将二水合氯化铜(和硫脲)加入到去离子水中，得到溶液B；将A溶液与B溶液混合，得到溶液C，将溶液C加入到GO溶液中，混合后得到溶液D；该混合溶液D转移到以聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，于180～220℃下保温2～30h，获得锂硫电池夹层材料。该发明克服了制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显、锂硫电池的体积膨胀效应显著和电池的电化学性能不稳定等缺陷，简化了生产工艺。
CN110571392B公开了一种锂硫电池的功能性夹层材料及其制备方法，其中该功能性夹层材料主要由氨基介孔二氧化硅纳米片与黏合剂组成，所述氨基介孔二氧化硅纳米片与所述黏合剂相互混杂，其中，所述氨基介孔二氧化硅纳米片为经氨基修饰的、且具有介孔结构的二氧化硅纳米片，比表面积为750～1200cm2/g，所述氨基介孔二氧化硅纳米片与所述黏合剂两者的质量比为5/1～1/2。该发明通过对功能性夹层材料的组成成分、以及相应制备方法进行改进，能够同时有效解决锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”问题、及锂硫电池功能性夹层成分过多且制备方法复杂以及无法批量生产实现工业化的问题。
CN109742439B公开了一种新型锂硫电池多孔夹层材料、制备方法及应用，特别涉及一种将ZIF67与石墨烯特殊复合做为锂硫电池多孔夹层材料、制备方法及应用。该夹层材料由ZIF67与RGO两部分组成，ZIF67质量分数为20～60％，RGO质量分数在40％～80％。该制备方法通过简单的水热法和机械压缩合成三维还原氧化石墨烯/金属有机框架(RGO/ZIF67)薄膜，夹在隔板和硫基阴极之间起作用，作为捕获多硫化物物种的功能性夹层。
为了提高LSBs的实际循环性能，探索抑制聚硫化物穿梭效应的策略是我们亟待解决的问题。针对锂硫电池中多硫化物的穿梭效应，受自然界中蜘蛛网捕捉昆虫原理的启发，提出了物理阻隔和化学作用相结合的策略。虽然那些对多硫化物有吸附或分离作用的材料对多硫化物的穿梭效应有一定的抑制作用，但长链多硫化物向固体Li2S的转化仍然迟缓，不利于提高电池的电化学性能。据研究，在隔膜和硫电极之间插入中间层，对现有锂-硫电池系统改变最小的情况下，对延迟多硫化物的迁移具有积极的效果。因此，提供一种新型的功能性夹层材料非常有必要。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种夹层材料及其制备方法和用途，在本发明中，由细菌纤维素衍生的多孔碳网络不仅有助于将金属离子还原为金属，而且有助于容纳和限制原位形成的Co-Fe合金。同时，原位生成的金属合金促进了碳的石墨化。分散良好的合金纳米颗粒与石墨化碳网络的结合大大降低了接触电阻，不仅能通过碳网络的多孔结构有效接触可溶性中间多硫化物，促进硫的利用，而且还能加速含硫物种在电催化过程中的电化学动力学。此外，Fe和Co物种之间的协同效应导致了优异的双功能催化活性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种夹层材料，所述的夹层材料包括三维碳纳米纤维基底材料，所述的三维碳纳米纤维基底材料的表面和内部均分布有钴铁合金纳米颗粒，所述钴铁合金纳米颗粒为近球形结构。
在本发明中，分散良好的合金纳米颗粒与石墨化碳网络的结合大大降低了接触电阻，不仅能通过碳网络的多孔结构有效接触可溶性中间多硫化物，促进硫的利用，而且还能加速含硫物种在电催化过程中的电化学动力学。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的三维碳纳米纤维基底材料为多孔碳结构。
优选地，所述的三维碳纳米纤维基底材料为细菌纤维素衍生得到。
优选地，所述的三维碳纳米纤维基底材料上设置有吸附位点，所述的吸附位点用于吸附钴铁合金纳米颗粒。
优选地，所述的三维碳纳米纤维的直径为8～12μm，例如可以是8μm、9μm、10μm、11μm、12μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述钴铁合金纳米颗粒中负载有活性位点。
优选地，所述的活性位点为CoxFey，其中，x：y为1：1或3：7。
优选地，所述的活性位点为近球形结构。
优选地，所述的钴铁合金纳米颗粒的直径为30～50nm，例如可以是30nm、32nm、34nm、36nm、38nm、40nm、42nm、44nm、46nm、48nm、50nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的夹层材料的制备方法，所述夹层材料的制备方法包括如下步骤：
将细菌纤维素凝胶片浸泡在金属盐水溶液中，得到前驱体，再将前驱体依次经冷冻干燥和高温煅烧处理后，得到所述的夹层材料。
需要说明的是，在本发明中，通过引入亲水性极强的细菌纤维素凝胶片，通过选用不同的凝胶厚度和离子浸泡浓度，实现一步构筑复合材料前驱体，具有三维或二维材料的混合优势，具有广阔的应用范围。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的金属盐包括钴盐和铁盐。
优选地，所述的钴盐为六水合氯化钴或六水合硝酸钴。
优选地，所述的铁盐为六水合氯化铁或六水合硝酸铁。
作为本发明一种优选的技术方案，所述溶液的浓度为1～5mmol/L，例如可以是1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的浸泡过程在磁力搅拌下进行。
优选地，所述的浸泡过程的时间为1.5～2h，例如可以是1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2.0h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述磁力搅拌的转速为500～600r/min，例如可以是500r/min、520r/min、540r/min、560r/min、580r/min、600r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的高温煅烧处理是在保护气体下进行。
优选地，所述的保护气体为氩气和氢气。
优选地，所述的高温煅烧处理过程的升温速率为1～2℃/min，例如可以是1℃/min、1.1℃/min、1.2℃/min、1.3℃/min、1.4℃/min、1.5℃/min、1.6℃/min、1.7℃/min、1.8℃/min、1.9℃/min、2℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的高温煅烧处理过程的温度为25～800℃，例如可以是25℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的高温煅烧处理过程的保温时间为1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、1.9h、2.0h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种正极材料的制备方法，所述的制备方法包括：将升华硫、科琴黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮复合，得到正极材料浆料，再将正极材料浆料涂覆在铝箔上，经烘干、冲压处理得到正极材料。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的升华硫、科琴黑和聚偏氟乙烯的质量比为7：2：1。
优选地，所述的复合过程在磁力搅拌下进行。
优选地，所述磁力搅拌的时间为10～12h，例如可以是10h、10.2h、10.4h、10.6h、10.8h、11h、11.2h、11.4h、11.6h、11.8h、12h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述烘干的过程在真空条件下进行。
优选地，所述烘干过程的温度为60～70℃，例如可以是60℃、61℃、63℃、65℃、66℃、67℃、69℃、70℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述烘干过程的时间为10～12h，例如可以是10h、10.2h、10.4h、10.6h、10.8h、11h、11.2h、11.4h、11.6h、11.8h、12h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述冲压过程形成的电极直径为10～12mm，例如可以是10mm、10.2mm、10.4mm、10.6mm、10.8mm、11mm、11.2mm、11.4mm、11.6mm、11.8mm、12mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第四方面，本发明提供了一种锂硫电池，所述的锂硫电池包括依次层叠的正极、夹层、隔膜和负极，所述夹层的材料采用第一方面所述的夹层材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中通过优选不同的凝胶厚度和压片厚度，得到了不同厚度的碳纤维基底；
(2)本发明中通过在制备过程中加入铁盐和钴盐，利用简单的浸渍-热还原法得到了双金属合金，并根据不同的优选条件得到了不同尺寸的合金颗粒。Fe和Co物种之间的协同效应导致了优异的双功能催化活性，除了对LiPSs有很强的吸附作用外，还促进了聚硫转化的氧化还原动力学；
(3)本发明将该复合夹层应用于锂硫电池中，CoxFey@CNFs表现出优越的电催化活性，具有催化中间层的电池具有良好的循环性能和速率性能。此外，即使在0℃的低温环境，具有夹层的电池仍能清晰地观察到两个明显的放电平台，反映出其良好的速率动力学。本研究为设计高性能LSBs的高活性催化剂提供了一种低成本、高效的方法，对LSBs的商业化的前景具有一定的启发意义。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的夹层材料的合成过程图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的Co3Fe7@CNFs夹层材料的透射电子显微镜图，标尺为50nm；
图3为本发明一个具体实施方式提供的CoFe@CNFs夹层材料的扫描电子显微镜图，标尺为1μm；
图4为本发明一个具体实施方式提供的CoFe@CNFs夹层材料的透射电子显微镜图，标尺为100nm；
图5为本发明一个具体实施方式提供的夹层材料的CoFe合金的高分辨率TEM(HRTEM)图像，标尺为10nm；
图6为本发明一个具体实施方式提供的CoFe@CNFs夹层材料的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜图像和相应的元素映射，标尺为200nm；
图7为本发明一个具体实施方式提供的夹层材料的冻干过后三维网状纤维素前驱体的扫描电子显微镜图，标尺为5μm；
图8为本发明一个具体实施方式提供的夹层材料的截面扫描电子显微镜图，标尺为50μm；
图9为本发明对比例2中夹层材料的扫描电子显微镜图，标尺为5μm；
图10为本发明对比例3中夹层材料的扫描电子显微镜图，标尺为2μm；
图11为本发明对比例4中夹层材料的扫描电子显微镜图，标尺为2μm；
图12为本发明对比例5中夹层材料的扫描电子显微镜图，标尺为4μm；
图13为本发明实施例3中采用夹层材料制作的锂硫纽扣电池在大电流下的循环性能测试图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)配制2mmol/L的混合金属盐溶液，将一定质量的六水合氯化钴和六水合氯化铁溶于400mL去离子水中，室温搅拌至溶液澄清，得到橙黄色溶液；
(2)将3mm厚度的商用细菌纤维素凝胶片裁剪成8*12cm大小，在上述所制混合溶液中浸泡2h，过程中需要600r/min的磁力搅拌；
(3)将步骤(2)得到的浸泡过金属盐溶液的凝胶片，上下用相同大小的光滑玻璃片夹住，两端用相同压力固定，采用适当压力将浸泡后的凝胶片厚度控制在3mm左右，用滤纸吸去周围多余溶液；
(4)将步骤(3)中去除多余溶液的凝胶片，连同上下压紧的玻璃板放置于-50℃冷冻设备中冷冻6h；
(5)将步骤(4)中完全冷冻的凝胶片，连同上下压紧的玻璃板放置于冻干设备中，冻干20h，得到约为1.5mm厚度的薄片；
(6)通过计算收缩率将冻干后的凝胶片裁成所需大小；
(7)高温煅烧，先以2℃/min的升温速率将温度从25℃升温至300℃，在300℃保温1h；而后以1℃/min的升温速率将温度从300℃升温至800℃，在800℃保温2h，制备Co3Fe7@CNFs夹层，标记为CN2。Co3Fe7@CNFs夹层材料的合成过程如图1所示，Co3Fe7@CNFs夹层材料的透射电子显微镜图如图2所示。
实施例2
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)配制3mmol/L的混合金属盐溶液，将一定质量的六水合氯化钴和六水合氯化铁溶于400mL去离子水中，室温搅拌至溶液澄清，得到橙黄色溶液；
(2)将3mm厚度的商用细菌纤维素凝胶片裁剪成8*12cm大小，在上述所制混合溶液中浸泡1h，过程中需要500r/min的磁力搅拌；
(3)将步骤(2)得到的浸泡过金属盐溶液的凝胶片，上下用相同大小的光滑玻璃片夹住，两端用相同压力固定，采用适当压力将浸泡后的凝胶片厚度控制在3mm左右，用滤纸吸去周围多余溶液；
(4)将步骤(3)中去除多余溶液的凝胶片，连同上下压紧的玻璃板放置于-50℃冷冻设备中冷冻6h；
(5)将步骤(4)中完全冷冻的凝胶片，连同上下压紧的玻璃板放置于冻干设备中，冻干20h，得到约为1.5mm厚度的薄片；
(6)通过计算收缩率将冻干后的凝胶片裁成所需大小；
(7)高温煅烧，先以1℃/min的升温速率将温度从25℃升温至300℃，在300℃保温1h；而后以1.5℃/min的升温速率将温度从300℃升温至800℃，在800℃保温2h，制备CoFe@CNFs夹层，标记为CN3。CoFe@CNFs夹层材料的透射和扫描电子显微镜图如图3和图4所示。
实施例3
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：
(1)配制4mmol/L的混合金属盐溶液，将一定质量的六水合氯化钴和六水合氯化铁溶于400mL去离子水中，室温搅拌至溶液澄清，得到橙黄色溶液；
(2)将3mm厚度的商用细菌纤维素凝胶片裁剪成8*12cm大小，在上述所制混合溶液中浸泡1.5h，过程中需要550r/min的磁力搅拌；
(3)将步骤(2)得到的浸泡过金属盐溶液的凝胶片，上下用相同大小的光滑玻璃片夹住，两端用相同压力固定，采用适当压力将浸泡后的凝胶片厚度控制在3mm左右，用滤纸吸去周围多余溶液；
(4)将步骤(3)中去除多余溶液的凝胶片，连同上下压紧的玻璃板放置于-50℃冷冻设备中冷冻6h；
(5)将步骤(4)中完全冷冻的凝胶片，连同上下压紧的玻璃板放置于冻干设备中，冻干20h，得到约为1.5mm厚度的薄片；
(6)通过计算收缩率将冻干后的凝胶片裁成所需大小；
(7)高温煅烧，先以1℃/min的升温速率将温度从25℃升温至300℃，在300℃保温1h；而后以1.5℃/min的升温速率将温度从300℃升温至800℃，在800℃保温2h，制备CoFe@CNFs夹层，标记为CN4。
图5为CoFe合金的高分辨率TEM(HRTEM)图像，从图5清晰地识别出晶格条纹间距为
对应于CoFe合金的(110)晶面；
图6为CoFe@CNFs夹层材料的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜图像和相应的元素映射，从图6可知说明Fe和Co存在于同一种化合物中，证实了CoFe的合金结构。
通过实例1和实例2的对比可知，金属盐溶液的浓度不同，所得到的合金颗粒种类不同。结果表明，当金属浓度为1mmol/L和2mmol/L时，由于BC的结构限制功能以及两种金属离子半径的差异，最终离子半径较小的Fe3+吸附量较高，最终产物为Co3Fe7@CNFs；当浓度为3～10mmol/L时，产物为金属比为1：1的合金产物CoFe@CNFs。
通过实施例2和实施例3的对比可知，同种合金纳米颗粒，由于颗粒尺寸大小的不同电性能存在明显差异。
通过实施例1和实施例3的对比可知，不同浓度所制备的不同种复合夹层，分别优选出最佳金属盐浓度，含有CoFe@CNFs夹层的电池性能优于含有Co3Fe7@CNFs夹层的电池性能。
实施例4
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(2)、(3)中凝胶片的的厚度为5mm，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
实施例5
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(2)中凝胶片在混合溶液中的浸泡时间为4h，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
实施例6
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(4)中冷冻时间为4h，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
实施例7
本实施例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(7)中最终煅烧温度为600℃，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
对比例1
本对比例提供了一种零金属负载夹层材料CNFs，与实施例1的区别在于，没有步骤(1)，其余组成以及制备方法均与实施例2一致。
图7为冻干过后的三维网状纤维素前驱体的扫描电子显微镜图，从图7可知冻干所获得的前驱体为三维网状结构；
图8为煅烧过后的CNFs夹层截面扫描电子显微镜图，从图8可知所获得夹层为三维立体结构，且厚度约为0.08mm；
通过实施例1和对比例1的对比可知，未在金属混合盐溶液中浸泡，所得到的夹层材料只有纤维装碳基底，并不负载和嵌入近球形颗粒。
对比例2
本对比例提供了一种CoFe@CNFs夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(1)中配制8mmol/L的混合金属盐溶液，其余组成以及制备方法均与实施例3一致，标记为CN8。
图9为CN8复合材料的的扫描电子显微镜图，通过实施例3和对比例2的对比可知，当浸泡浓度不断增大时，所获得的合金颗粒大小不断增大。
对比例3
本对比例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(2)、(3)中凝胶片的厚度为8mm，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
图10为对比例3制备所得夹层材料的扫描电子显微镜图。
通过实施例3和对比例3的对比可知，当凝胶片的厚度增大时，由于其具有强吸水性，会吸附更多的金属离子，最终原位生成的合金颗粒尺寸更大，数量更多。
对比例4
本对比例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(2)中凝胶片在混合溶液中的浸泡时间为6h，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
图11为对比例4制备所得夹层材料的扫描电子显微镜图。
通过实施例3和对比例4的对比可知，当浸泡时间增大时，由于其具有强吸水性，会吸附更多的金属离子，最终原位生成的合金颗粒数量更多。
对比例5
本对比例提供了一种夹层材料的制备方法，与实施例3的区别在于，步骤(7)中最终煅烧温度为500℃，其余组成以及制备方法均与实施例3一致。
图12为对比例5制备所得夹层材料的扫描电子显微镜图。
通过实施例3和对比例5的对比可知，当煅烧温度太低时，不能得到分散均匀的近球形合金颗粒。
锂硫电池性能测试具体包括如下步骤：
(1)锂硫电池正极材料的制备方法具体包括：将活性物质(升华硫)、导电剂(科琴黑)、粘结剂(PVDF)按照质量比为7：2：1混合，加入适当的溶剂(NMP)调节粘度，磁力搅拌12h，得到所述正极材料浆料，将上述正极浆料均匀的涂覆在铝箔上，60℃真空烘干12h，冲压为直径为12mm的工作电极；
(2)锂硫电池的组装：将正极、CoxFey@CNFs夹层、PP隔膜以及负极，按照一定的组装纽扣电池的顺序在手套箱中组装电池，即组装形成锂硫纽扣电池。静置20h后，测试电池的倍率(如表1所示)及循环性能(如图13所示)。
表1
表1为夹层材料制备的锂硫电池在不同电流密度下的速率性能对比。含有夹层CN4的电极的速率能力明显高于含有其他夹层的电极。同样地，如图13，在1C的电流密度下，含有CN4夹层的电池循环500次后仍能保持531.1mAhg-1,每循环容量衰减率为0.08％，整个循环过程中库仑效率保持在近100％。这些结果证明CoFe@CNFs能有效抑制穿梭效应，从而提高活性物种的利用，提高循环寿命。更重要的是，即使在0℃的低温环境，CN4的放电能力仍然是可以接受的。低温会大幅降低LiPSs的反应速率，同时抑制Li+的迁移，导致性能下降。CN4在低温下仍能清晰地观察到两个明显的放电平台，反映出其良好的速率动力学。这些优异的电化学性能可以归因于FeCo合金改善了氧化还原反应迟缓的动力学作为催化剂，从而限制了LiPSs的穿梭。通过表1可知本发明制备得到的负载金属合金纳米颗粒的夹层用于锂硫电池中，能够提高锂硫电池的电化学性能。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种夹层材料，其特征在于，所述的夹层材料包括三维碳纳米纤维基底材料，所述的三维碳纳米纤维基底材料的表面和内部均分布有钴铁合金纳米颗粒，所述钴铁合金纳米颗粒为近球形结构。
2.根据权利要求1所述的夹层材料，其特征在于，所述的三维碳纳米纤维基底材料为多孔碳结构；
优选地，所述的三维碳纳米纤维基底材料为细菌纤维素衍生得到；
优选地，所述的三维碳纳米纤维基底材料上设置有吸附位点，所述的吸附位点用于吸附钴铁合金纳米颗粒；
优选地，所述的三维碳纳米纤维的直径为8～12μm。
3.根据权利要求1或2所述的夹层材料，其特征在于，所述钴铁合金纳米颗粒中负载有活性位点；
优选地，所述的活性位点为CoxFey，其中，x：y为1：1或3：7；
优选地，所述的活性位点为近球形结构；
优选地，所述的钴铁合金纳米颗粒的直径为30～50nm。
4.一种权利要求1-3任一项所述的夹层材料的制备方法，其特征在于，所述夹层材料的制备方法包括如下步骤：
将细菌纤维素凝胶片浸泡在金属盐水溶液中，得到前驱体，再将前驱体依次经冷冻干燥和高温煅烧处理后，得到所述的夹层材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的金属盐包括钴盐和铁盐；
优选地，所述的钴盐为六水合氯化钴或六水合硝酸钴；
优选地，所述的铁盐为六水合氯化铁或六水合硝酸铁。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述溶液的浓度为1～5mmol/L；
优选地，所述的浸泡过程在磁力搅拌下进行；
优选地，所述的浸泡过程的时间为1.5～2h；
优选地，所述磁力搅拌的转速为500～600r/min。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的高温煅烧处理是在保护气体下进行；
优选地，所述的保护气体为氩气和氢气；
优选地，所述的高温煅烧处理过程的升温速率为1～2℃/min；
优选地，所述的高温煅烧处理过程的温度为25～800℃；
优选地，所述的高温煅烧处理过程的保温时间为1～2h。
8.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：将升华硫、科琴黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮复合，得到正极材料浆料，再将正极材料浆料涂覆在铝箔上，经烘干、冲压处理得到正极材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的升华硫、科琴黑和聚偏氟乙烯的质量比为7：2：1；
优选地，所述的复合过程在磁力搅拌下进行；
优选地，所述磁力搅拌的时间为10～12h；
优选地，所述烘干的过程在真空条件下进行；
优选地，所述烘干过程的温度为60～70℃；
优选地，所述烘干过程的时间为10～12h；
优选地，所述冲压过程形成的电极直径为10～12mm。
10.一种锂硫电池，其特征在于，所述的锂硫电池包括依次层叠的正极、夹层、隔膜和负极，所述夹层的材料采用权利要求1-3任一项所述的夹层材料。
Priority Applications (1)
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| CN202110952989.6A CN113690441A (zh) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | 一种夹层材料及其制备方法和用途 |
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|---|---|---|---|
| CN202110952989.6A CN113690441A (zh) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | 一种夹层材料及其制备方法和用途 |
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| CN113690441A true CN113690441A (zh) | 2021-11-23 |
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| CN202110952989.6A Pending CN113690441A (zh) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | 一种夹层材料及其制备方法和用途 |
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| CN (1) | CN113690441A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090309072A1 (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Shiaw-Min Hwang | Bacterial cellulose film and carbon nanotubes-like thin film structures developed from bacterial cellulose |
| US20180183041A1 (en) * | 2015-06-09 | 2018-06-28 | William Marsh Rice University | Sulfur-containing carbon nanotube arrays as electrodes |
| US20200152965A1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-14 | Zhejiang A & F University | Nanosheet composite for cathode of lithium-sulfur battery, preparation method thereof and electrode and battery comprising the same |
| CN111463414A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-28 | 中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院 | 一种夹层材料及其制备方法和应用 |
| CN112010280A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-12-01 | 华南农业大学 | 一种纳米金属碳材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用 |
-
2021
- 2021-08-19 CN CN202110952989.6A patent/CN113690441A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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