一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、电池及制备方法与流程

本发明属于电化学技术领域，特别涉及一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、电池及制备方法。

背景技术：

由于全球能源短缺问题的不断加剧，新能源技术的开发与利用迫在眉睫，由此促进了电化学储能行业的迅速发展。而现有广泛商业化的储能设备-二次电池容量不够高，渐渐不能满足日益增长的市场需求。而锂硫电池具有超高比容量(1675mah·g^-1)和高比能量(2600wh/kg)，且其原材料硫在地球的储藏丰富、价格低廉，并且安全无污染，因此被认为是未来最具有发展潜力的二次电池之一。

虽然锂硫电池发展前景广阔，但是如硫的电子绝缘性、电池充放电过程中的体积膨胀，尤其是中间产物多硫化物具有的穿梭效应，是导致电池容量衰减、影响循环寿命的重要因素，这些尚未完全解决的问题都阻碍着它的进一步商业化发展。

为了解决上述问题，许多人将多种碳材料与硫进行复合，不但提高了含硫正极的导电性，还利用碳材料的多孔结构对体积膨胀和穿梭效应进行限制。例如：2009年，加拿大nazar小组成功将cmk-3有序介孔碳与硫复合，利用介孔结构实现了限制多硫化物迁移的目的，有效地提升了电池的循环性能(jix,leekt,nazarlf.ahighlyorderednanostructuredcarbon–sulphurcathodeforlithium–sulphurbatteries[j].naturematerials,2009,8(6):500-506.)；zhang等成功用hummers法制备氧化石墨烯，再将其与多硫化钠在酸性条件下混合，得到氧化石墨烯与硫复合材料，不仅能够削弱多硫化物穿梭效应，还提高了正极的导电性(z.li,l.yin,nanoscale2015,7,9597.)。

虽然以上方法都在一定程度上限制了多硫化物的溶解，提高了电池的循环稳定性，但是其工艺往往复杂繁琐、生产条件苛刻，且未能够很好地解决电池容量衰减的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、电池及制备方法，以解决上述现有技术中的问题；本发明工艺简单、所制备锂硫电池效果显著，能够有效抑制多硫化物的穿梭效应和显著改善电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，包括正极片和位于正极片上的氮化物/碳纳米管隔层；所述正极片为含硫正极；含硫正极通过以下过程制备：将含硫活性物质、导电剂、粘结剂以质量比(5～9):(1～4):(1～3)进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂并搅拌均匀获得浆料，将浆料均匀涂布在铝集流体上，真空烘干，得到含硫正极。

本发明进一步的改进在于，有机溶剂的加入量为含硫活性物质质量的10～30倍；导电剂为导电碳黑科琴黑、superp、superc65、乙炔黑、石墨、空腔碳球、碳纳米管、生物质碳中的一种或多种；粘接剂为聚偏氟乙烯；涂布在铝集流体上的浆料的厚度为100～400μm。

本发明进一步的改进在于，含硫活性物质为单质硫、无机硫化物、有机硫化物、活性炭/硫复合物、微孔碳/硫复合物、中孔碳/硫复合物、介孔碳/硫复合物、大孔碳/硫复合物、介孔微孔碳/硫复合物、大孔微孔碳/硫复合物、大孔介孔碳/硫复合物、大孔介孔微孔碳/硫复合物、纤维碳/硫复合物、空腔碳球/硫复合物、石墨烯/硫复合物、碳纳米管/硫复合物、碳纳米纤维/硫复合物、生物质碳/硫复合物、科琴黑/硫复合物、乙炔黑/硫复合物、superp/硫复合物、superc65/硫复合物、金属氧化物/硫复合物、导电聚合物/硫复合物中的一种或多种；含硫活性物质中硫的质量分数为20％～100％。

本发明进一步的改进在于，无机硫化物为硫化锂、硫化钴、硫化钼、硫化锡、硫化钨、硫化钛、硫化锌或硫化铁；有机硫化物为2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑。

本发明进一步的改进在于，氮化物/碳纳米管隔层通过以下过程制备：将氮化物和碳纳米管超声分散在乙醇中，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物，其中碳纳米管的质量分数为氮化物/碳纳米管总质量的10％～90％；将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂按质量比(7～9):(1～3)进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂并搅拌均匀，获得浆料，将浆料均匀涂布在正极片上，真空干燥，得到氮化物/碳纳米管隔层。

本发明进一步的改进在于，涂布在正极片上的浆料的厚度为100～400μm；

氮化物为氮化锂、氮化钠、氮化铝、氮化钙、氮化锰、氮化钨、氮化镁、氮化铜、氮化锆、氮化钛、氮化银、氮化钽、氮化钒、氮化磷、氮化硅、氮化硼、氮化碳中的一种或多种；氮化物/碳纳米管隔层中氮化物的质量分数为10％～90％；

碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、锂掺杂碳纳米管、硼掺杂碳纳米管、氮掺杂碳纳米管、氟掺杂碳纳米管、硅掺杂碳纳米管、硫掺杂碳纳米管、钾掺杂碳纳米管、过渡金属掺杂碳纳米管、氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管中的一种或多种。

本发明进一步的改进在于，有机溶剂的加入量为氮化物/碳纳米管复合物质量的10～30倍。

本发明进一步的改进在于，有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、n，n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极的锂硫电池，由下至上包括设置的正极壳、以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、隔膜、电解液、金属锂负片和负极壳。

一种锂硫电池的制备方法，包括以下步骤：

1)制备含硫正极；

2)在含硫正极上制备氮化物/碳纳米管隔层，形成以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极；

3)电池组装：在惰性气氛中进行组装获得以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池；以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池由下至上依次为正极壳、以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、隔膜、电解液、金属锂负极和负极壳。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池及其正极和制备方法，通过引入具有极强电子传输能力和一定物理吸附能力的碳纳米管以提高正极的导电性、提升锂离子传输速率和降低电池整体阻抗，通过添加具有极强多硫化物化学吸附能力的氮化物，将多硫化物的扩散有效限制在隔层内，从而达到有效缓解穿梭效应、提高电池循环性能的目的；其次基于氮化物/碳纳米管的正极隔层的制备简单、安全可靠，可适用于工业大规模生产，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池的正极制备工艺流程图。

图2为本发明一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池结构示意图。

图中：1、负极壳，2、锂片，3、隔膜，4、氮化物/碳纳米管隔层，5、正极片，6、正极壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明的以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，包括正极片和位于正极片上的氮化物/碳纳米管隔层；所述正极片为含硫正极；

参见图1，含硫正极的制备方法为：将含硫活性物质、导电剂、粘结剂以质量比(5～9):(1～4):(1～3)进行物料混合，混合后加入有机溶剂并搅拌均匀获得浆料，将浆料均匀涂布在铝集流体上，涂布在正极片上的浆料的厚度为100～400μm。将铝集流体真空烘干，得到含硫活性物质的含硫正极；其中，所加入有机溶剂的加入量为所加入含硫活性物质质量的10～30倍；

含硫活性物质为单质硫、无机硫化物、有机硫化物、活性炭/硫复合物、微孔碳/硫复合物、中孔碳/硫复合物、介孔碳/硫复合物、大孔碳/硫复合物、介孔微孔碳/硫复合物、大孔微孔碳/硫复合物、大孔介孔碳/硫复合物、大孔介孔微孔碳/硫复合物、纤维碳/硫复合物、空腔碳球/硫复合物、石墨烯/硫复合物、碳纳米管/硫复合物、碳纳米纤维/硫复合物、生物质碳/硫复合物、科琴黑/硫复合物、乙炔黑/硫复合物、superp/硫复合物、superc65/硫复合物、金属氧化物/硫复合物、导电聚合物/硫复合物中的一种或多种。

无机硫化物为硫化锂、硫化钴、硫化钼、硫化锡、硫化钨、硫化钛、硫化锌或硫化铁；有机硫化物为dmct(2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑)；

有机硫化物为2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑。

含硫活性物质中硫的质量分数为20％～100％；

氮化物为氮化锂、氮化钠、氮化铝、氮化钙、氮化锰、氮化钨、氮化镁、氮化铜、氮化锆、氮化钛、氮化银、氮化钽、氮化钒、氮化磷、氮化硅、氮化硼、氮化碳中的一种或多种。

氮化物/碳纳米管隔层中氮化物的质量分数为10％～90％；

碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、锂掺杂碳纳米管、硼掺杂碳纳米管、氮掺杂碳纳米管、氟掺杂碳纳米管、硅掺杂碳纳米管、硫掺杂碳纳米管、钾掺杂碳纳米管、过渡金属掺杂碳纳米管、氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管中的一种或多种。

氮化物/碳纳米管隔层的制备方法为：将氮化物和碳纳米管超声分散在乙醇中，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物，其中碳纳米管的质量分数为氮化物/碳纳米管总质量的10％～90％；将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂按质量比(7～9):(1～3)进行物料混合，混合后加入有机溶剂并搅拌均匀获得浆料，将浆料均匀涂布在正极片上，涂布在铝集流体上的浆料的厚度为100～400μm。40～70℃真空干燥，得到氮化物/碳纳米管隔层；其中，所加入机溶剂的加入量为所加入含硫活性物质质量的10～30倍。

导电剂为导电碳黑科琴黑、superp、superc65、乙炔黑、石墨、空腔碳球、碳纳米管、生物质碳中的一种或多种。

粘接剂为pvdf(聚偏氟乙烯)；

有机溶剂为酮类、醇类、醛类、有机酸中的一种或多种。

本发明中采用的有机溶剂具体为：nmp(n-甲基吡咯烷酮、tep(磷酸三乙酯)、dmf(n，n-二甲基甲酰胺)或dmso(二甲基亚砜)。

本发明提供的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池，包括上述的以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极。

参见图2，上述以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池由下至上包括设置的正极壳6、正极片5、氮化物/碳纳米管作为隔层4、隔膜3、电解液、锂片2和负极壳1。

上述以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池的制备方法，包括：

1)、制备含硫正极；

2)、在含硫正极上制备氮化物/碳纳米管隔层，形成以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极；

3)、电池组装：在惰性气氛中进行组装获得以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池；所述以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池由下至上依次为正极壳、以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、隔膜、电解液、金属锂负极和负极壳。

实施例1

以氮化物/碳纳米管作为正极隔层的锂硫电池，包括含硫活性物质正极、隔膜、电解液、金属锂负极；在含硫活性物质正极上涂覆有一层含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。

含硫活性物质正极的制备方法为：导电碳黑科琴黑/硫复合物(导电碳黑科琴黑/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、乙炔黑为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h，得到浆料；然后使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h，得到含硫活性物质的正极材料。

含氮化物/碳纳米管复合物的隔层的制备方法为：氮化碳/多壁碳纳米管(氮化碳/多壁碳纳米管中多壁碳纳米管的质量分数为30％)分散在乙醇中，超声30min，然后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为350μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h，得到极片，然后裁剪再次真空干燥，得到含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。

电池组装：

将正极片放入充满氩气的手套箱中，以其为正极、金属锂为负极、celgard膜作为隔膜，二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂为电解质，0.1mol/l硝酸锂为添加剂，溶剂为体积比为1:1的dol(1,3-二氧戊环)与dme(乙二醇二甲醚)的混合物。电池组装由下至上依次为正极壳、含硫活性物质正极、隔膜、电解液、金属锂负极、负极壳；最终组装成扣式电池。

电池电化学性能测试：

室温下，用武汉蓝电有限公司蓝电landct2001a充放电仪对电池进行充放电测试，充放电电压范围为1.7v-2.6v，充放电前静置时间为1h，充放电间静置时间为1min，充放电电流为0.1c。电池首次放电比容量为1423mah·g^-1,100次循环后比容量为899mah·g^-1。

对比例1

含硫活性物质正极的制备方法

导电碳黑科琴黑/硫复合物(硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、乙炔黑为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。然后裁剪成圆片得到正极片。

电池组装：

将正极片放入充满氩气的手套箱中，以其为正极、金属锂为负极、celgard膜作为隔膜，二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂为电解质，0.1mol/l硝酸锂为添加剂，溶剂为体积比为1:1的dol(1,3-二氧戊环)：dme(乙二醇二甲醚)。电池组装由下至上依次为正极壳、含硫活性物质正极、隔膜、电解液、金属锂负极、负极壳。最终组装成扣式电池。

电池电化学性能测试：

室温下，用武汉蓝电有限公司蓝电landct2001a充放电仪对电池进行充放电测试，充放电电压范围为1.7v-2.6v，充放电前静置时间为1h，充放电间静置时间为1min，充放电电流为0.1c。电池首次放电比容量为1322.2mah·g^-1,100次循环后比容量为689.7mah·g^-1。

实施例2

含硫活性物质正极的制备方法：

导电碳黑科琴黑/硫复合物(导电碳黑科琴黑/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、乙炔黑为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h，得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法：

将氮化锂/多壁碳纳米管(氮化锂/多壁碳纳米管中多壁碳纳米管的质量分数为40％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为250μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥，得到含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。

电池组装和电化学性能测试同实施例1；电池初始比容量1451.3mah·g^-1，100次循环后比容量为920.1mah·g^-1。

实施例3

含硫活性物质正极的制备方法

碳纳米纤维/硫复合物(碳纳米纤维/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、乙炔黑为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化铝/单壁碳纳米管(氮化铝/单壁碳纳米管中单壁碳纳米管的质量分数为50％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为400μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1。电池初始比容量1420.2mah·g^-1，100次循环后比容量为962.2mah·g^-1。

实施例4

含硫活性物质正极的制备方法

多壁碳纳米管/硫复合物(多壁碳纳米管/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、导电碳黑科琴黑为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化碳/单壁碳纳米管(氮化碳/单壁碳纳米管中单壁碳纳米管的质量分数为60％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-n二甲基甲酰胺2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为350μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1；电池初始比容量1502.4mah·g^-1，100次循环后比容量为953.2mah·g^-1。

实施例5

含硫活性物质正极的制备方法

superc65/硫复合物(superc65/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、乙炔黑为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化硼/氮掺杂碳纳米管(氮化硼/氮掺杂碳纳米管中氮掺杂碳纳米管的质量分数为70％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮和n-n二甲基甲酰胺2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为350μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1.电池初始比容量1311.5mah·g^-1，100次循环后比容量为835.6mah·g^-1。

实施例6

含硫活性物质正极的制备方法

乙炔黑/硫复合物(乙炔黑/硫复合物中硫的质量分数为20％)为含硫活性物质、superp和superc65为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比7:2:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化钛和氮化镁/氮掺杂碳纳米管(氮化钛和氮化镁/氮掺杂碳纳米管的混合物中氮掺杂碳纳米管的质量分数为40％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为250μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1.电池初始比容量1326.5mah·g^-1，100次循环后比容量为914.5mah·g^-1。

实施例7

含硫活性物质正极的制备方法

导电碳黑科琴黑/硫复合物(导电碳黑科琴黑/硫复合物中硫的质量分数为70％)为含硫活性物质、碳纳米管为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比8:1:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为400μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化钛/硅掺杂碳纳米管(氮化钛/硅掺杂碳纳米管中硅掺杂碳纳米管的质量分数为80％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为150μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1.电池初始比容量1330.5mah·g^-1，100次循环后比容量为960.6mah·g^-1。

实施例8

含硫活性物质正极的制备方法

导电碳黑科琴黑/硫复合物(导电碳黑科琴黑/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、superp为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比5:2:3进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为100μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化硅/硅掺杂碳纳米管(氮化硅/硅掺杂碳纳米管中硅掺杂碳纳米管的质量分数为90％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比9:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为350μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1；电池初始比容量1488.2mah·g^-1，100次循环后比容量为953.2mah·g^-1。

实施例9

含硫活性物质正极的制备方法

导电碳黑科琴黑/硫复合物(导电碳黑科琴黑/硫复合物中硫的质量分数为50％)为含硫活性物质、石墨为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比7:1:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂二甲基亚砜3ml，以中等速度500r/min搅拌1h；然后，使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h得到含硫活性物质的正极材料。

隔层制备方法

将氮化硅/氨基化碳纳米管(氮化硅/氨基化碳纳米管中氨基化碳纳米管的质量分数为10％)分散在乙醇中，超声30min，后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比7:3进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n-甲基吡咯烷酮2ml，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为200μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h得到极片，然后裁剪再次真空干燥。

电池组装和电化学性能测试同实施例1，电池初始比容量1423.6mah·g^-1，100次循环后比容量为946.5mah·g^-1。

实施例10

以氮化物/碳纳米管作为正极隔层的锂硫电池，包括含硫活性物质正极、隔膜、电解液、金属锂负极；在含硫活性物质正极上涂覆有一层含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。

含硫活性物质正极的制备方法为：单质硫为含硫活性物质、superp与空腔碳球的混合物为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比5:4:2进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂磷酸三乙酯，以中等速度500r/min搅拌1h，得到浆料；然后使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为350μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h，得到含硫活性物质的正极材料。有机溶剂磷酸三乙酯的加入量为含硫活性物质质量的10倍。

含氮化物/碳纳米管复合物的隔层的制备方法为：氮化物/碳纳米管(氮化物/碳纳米管中碳纳米管的质量分数为10％)分散在乙醇中，超声30min，然后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比9：3进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂磷酸三乙酯，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为100μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h，得到极片，然后裁剪再次真空干燥，得到含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。其中，氮化物为氮化钙与氮化锰的混合物，碳纳米管为锂掺杂碳纳米管与硼掺杂碳纳米管的混合物；有机溶剂磷酸三乙酯的加入量为氮化物/碳纳米管复合物质量的30倍。

电池组装同实施例1。

实施例11

以氮化物/碳纳米管作为正极隔层的锂硫电池，包括含硫活性物质正极、隔膜、电解液、金属锂负极；在含硫活性物质正极上涂覆有一层含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。

含硫活性物质正极的制备方法为：硫化钨为含硫活性物质、碳纳米管与生物质碳的混合物为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比9:2:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n，n-二甲基甲酰胺，以中等速度500r/min搅拌1h，得到浆料；然后使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为100μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h，得到含硫活性物质的正极材料。有机溶剂的加入量为含硫活性物质质量的30倍。

含氮化物/碳纳米管复合物的隔层的制备方法为：氮化物/碳纳米管(氮化物/碳纳米管中碳纳米管的质量分数为90％)分散在乙醇中，超声30min，然后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比7:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n，n-二甲基甲酰胺，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为200μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h，得到极片，然后裁剪再次真空干燥，得到含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。其中，氮化物为氮化钽、氮化钒、氮化磷与氮化硅的混合物，碳纳米管为硫掺杂碳纳米管、钾掺杂碳纳米管、过渡金属掺杂碳纳米管与氨基化碳纳米管的混合物；有机溶剂的加入量为氮化物/碳纳米管复合物质量的30倍。

电池组装同实施例1。

实施例12

以氮化物/碳纳米管作为正极隔层的锂硫电池，包括含硫活性物质正极、隔膜、电解液、金属锂负极；在含硫活性物质正极上涂覆有一层含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。

含硫活性物质正极的制备方法为：大孔介孔微孔碳/硫复合物、纤维碳/硫复合物、空腔碳球/硫复合物、石墨烯/硫复合物、碳纳米管/硫复合物与碳纳米纤维/硫复合物的混合物为含硫活性物质、乙炔黑与石墨的混合物为导电剂、粘结剂(pvdf)以质量比7:1:3进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂二甲基亚砜，以中等速度500r/min搅拌1h，得到浆料；然后使用可调式刮刀，设定涂布条件：涂布厚度为400μm，涂布宽度为400mm，将浆料均匀涂布在铝集流体上，将集流体放置于60℃的真空干燥箱中烘干24h，得到含硫活性物质的正极材料。有机溶剂的加入量为含硫活性物质质量的20倍。

含氮化物/碳纳米管复合物的隔层的制备方法为：氮化物/碳纳米管(氮化物/碳纳米管中碳纳米管的质量分数为50％)分散在乙醇中，超声30min，然后搅拌6h，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物。将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂(pvdf)按质量比8:1进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂n，n-二甲基甲酰胺，以中等速度500r/min搅拌1h，然后，以与含硫正极制备方法类似的方法涂覆于含硫正极上，涂布厚度为300μm；然后在60℃真空干燥箱中干燥12h，得到极片，然后裁剪再次真空干燥，得到含氮化物/碳纳米管复合物的隔层。其中，氮化物为氮化锆、氮化钛、氮化银、氮化钽与氮化钒的混合物，碳纳米管为锂掺杂碳纳米管、硼掺杂碳纳米管、氮掺杂碳纳米管与氟掺杂碳纳米管的混合物；有机溶剂的加入量为氮化物/碳纳米管复合物质量的20倍。

电池组装同实施例1。