[发明专利]一种二硫化钒碳纳米管复合物、隔膜、锂硫全电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钒碳纳米管复合物、隔膜、锂硫全电池及其制备方法，属于二硫化钒碳纳米管复合物技术领域，制备方法包括以下步骤：S1、将多巴胺在碳纳米管表面聚合得到聚多巴胺；S2、聚多巴胺吸附VO₃^‑离子，然后将吸附VO₃^‑离子后的碳纳米管进行冻干；S3、将冻干后的碳纳米管在惰性气体氛围下进行加热；S4、将加热后的碳纳米管与硫粉混合均匀，将混合硫粉后的碳纳米管在氩气和氢气的混合气体氛围下加热反应；反应结束得到所述二硫化钒碳纳米管复合物，方法操作简单，可重复性高，制备得到的二硫化钒碳纳米管复合物用作隔膜涂层，锂金属沉积在复合物内，没有锂枝晶的形成，实现了稳定的电池循环性能和库伦效应。

技术领域

本发明属于二硫化钒碳纳米管复合物技术领域，具体涉及一种二硫化钒碳纳米管复合物、隔膜、锂硫全电池及其制备方法。

背景技术

有别用于传统离子插层技术锂离子电池(LIBs)的石墨负极材料，锂金属因其超高的理论比容量(3860mAh g-1)和更低的氧化还原电位(-3.04V vs标准氢电极)，被认为是更佳的负极材料。在过去的几十年研究中，锂金属电池，如锂硫电池(LSBs)因为硫成本低和无毒以及可提供2600Wh kg^-1的高能量密度，以满足对高能量储存能不断增长的需求，因此引起广泛的研究兴趣。然而，在锂金属不断的电镀/剥离的循环过程中，锂枝晶的形成会出现电解液干燥，损失“死锂”和枝晶刺穿隔膜导致内部短路等不利的问题，会降低电池循环性能和库伦效应，引起安全问题，阻碍了锂金属电池的实际应用。

从先前的基础研究中，我们观察出三种重要的枝晶生长现象：1)锂枝晶会优先从裂缝、金属晶粒边界和缺陷中萌发，这些缺陷是由于机械应力沿晶面的位错位移不可避免地引起的。2)不均匀和较脆弱的电解质界面(SEI)的出现，较易触发枝晶生长，3)一旦枝晶萌发，后续的枝晶生长会从突出的位置延续，加快了枝晶的形成。因此，原则上，锂离枝晶的形成是自然地，难以防止地。

锂硫电池正极部分中，硫的导电性较差，也会出现多硫化锂(LiPS)穿梭问题，导致电池有严重的极化问题，会加快电容量衰减，降低库伦效应。

用固态电解质代替液态电解质能降低安全隐患，避免形成复杂的固态电解质界面(SEI)和抑制枝晶传播，但固态电解质的离子导电率较差(10^-8～ 10^-5S·cm^-1)，与液态电解质相比(10^-3S·cm^-1)相比，很难得到显著改善。各种电解质添加剂例如氟代碳酸亚乙酯、LiNO₃和LiPF₆被用作形成电极表面的人造固态电解质界面，以防止不规则的枝晶沉积，然而这些非常薄的保护层不稳定，很容易在电池循环过程中被破坏。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的之一在于提供一种二硫化钒碳纳米管复合物的制备方法，方法操作简单，可重复性高，制备得到的二硫化钒碳纳米管复合物用作隔膜涂层，锂金属沉积在复合物内，没有锂枝晶的形成，应用于锂硫电池的正极部分，增加硫的导电性，能够防止多硫化锂穿梭的问题，不会产生电池有严重的极化问题，实现了稳定的电池循环性能和库伦效应，超高的初始容量密度和优异的倍率性能，为高储能锂离子电池工业化应用奠定基础，具有实际意义。

本发明的目的之二在于提供一种二硫化钒碳纳米管复合物。

本发明的目的之三在于提供一种隔膜。

本发明的目的之四在于提供一种锂硫全电池。

为了实现上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

一种二硫化钒碳纳米管复合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、将多巴胺在所述碳纳米管表面聚合得到聚多巴胺；