[发明专利]一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料，所述电池隔膜涂层的多孔碳材料为含有Fe7S8、Fe2O3的多孔碳材料，所述电池隔膜涂层的多孔碳材料为Fe7S8‑Fe2O3@CNT复合材料。制备时将活化好的碳纳米管CNT、氯化亚铁在溶剂中超声分散备用，与BTT溶液混合，在微波反应器中微波搅拌反应；将反应物离心分离，洗涤并干燥得灰黑色粉末为Fe‑BTT@CNT复合物；将Fe‑BTT@CNT在惰气氛围下煅烧，煅烧产物为Fe7S8‑Fe2O3@CNT。作为隔膜涂层应用于锂硫电池中，极大提高电池的循环稳定性和倍率性能，提高锂硫电池的循环寿命和降低容量衰减。

技术领域

本发明属于电化学新材料的技术领域，尤其是改性的隔膜涂层，具体涉及一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着市场的快速发展，现有的锂离子电池在能量密度等方面已经难以满足人们急剧增长的能源需求，开发下一代高能量密度电池体系成为当前的重点研究方向。在现有的各种储能体系中，锂硫电池因其理论比容量高(1675mAh/g)，远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池(150mAh/g)。此外，锂硫电池中硫成本低廉和环境友好等优点，而被视为最有望替代锂离子电池的下一代高性能电池体系之一。但是目前锂硫电池存在很多问题，第一，硫电极的粉化和硫在电池反应中生成的硫化锂导电性低，从而导致活性物质利用率很低以及氧化还原动力学缓慢；第二，反应过程产生的多硫化锂溶解在电解液中产生穿梭效应，以及锂枝晶的产生都会严重地影响电池性能，甚至导致电池死亡。其中以多硫化锂的穿梭效应，以及低的氧化还原动力学为主要问题，导致电池容量衰减快循环寿命短，倍率性能差。为了解决这些问题，人们通过隔膜改性、硫正极载体、插层、固态电解质来抑制多硫化锂的穿梭。经人们研究发现氧化物，硫化物，氮化物，碳化物等对多硫化物具有吸附和催化的作用。然而，氧化物能有效吸附多硫化锂，但不能有效催化多硫化锂的转化，并且导电性低。硫化物导电性优于氧化物，更加有利于多硫化锂的催化转化，但其对多硫化锂吸附效果不强。

因此，普通的PP隔膜应用于锂硫电池中，存在无法有效吸附或者催化转化多硫化锂，导致多硫化锂的穿梭，造成锂硫电池的放电比容量迅速衰减等问题。

发明内容

本发明提供一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料及其制备方法和应用，以至少解决现有技术中锂硫电池多硫化锂穿梭、导电性差的问题。

本发明提供一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料，所述电池隔膜涂层的多孔碳材料为含有Fe7S8、Fe2O3的多孔碳材料，所述电池隔膜涂层的多孔碳材料为Fe7S8-Fe2O3@CNT复合材料。

本发明另一目的，提供一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将活化好的碳纳米管CNT在溶剂中超声分散备用；

步骤2，将氯化亚铁在步骤1体系溶液中超声溶解备用；

步骤3，将BTT在溶剂中超声溶解备用；

步骤4，将步骤2、步骤3所得溶液混合，在微波反应器中微波搅拌反应；

步骤5，将步骤4反应物离心分离，得到灰黑色粉末，洗涤并干燥得灰黑色粉末为Fe-BTT@CNT复合物；

步骤6,将Fe-BTT@CNT在惰气氛围下煅烧，煅烧产物为Fe7S8-Fe2O3@CNT。

进一步的，各原料重量份为：碳纳米管CNT 1份、氯化亚铁12.5份、BTT5份。

进一步的，所述溶剂为DMF。

进一步的，所述步骤5的洗涤液采用DMF、甲醇洗涤中的一种。

进一步的，所述煅烧条件为700℃,3h，升温速率为2℃/min。

本发明还提供一种用于电池隔膜涂层的多孔碳材料的应用，包括如下步骤：