铁纳米颗粒催化剂、修饰隔膜浆料、修饰隔膜及锂硫电池的制作方法

本申请涉及锂硫电池，尤其是涉及铁纳米颗粒催化剂、修饰隔膜浆料、修饰隔膜及锂硫电池。

背景技术：

1、锂硫(li-s)电池由于其理论上的高能量密度(≈2600wh kg-1)、低成本和环保，在未来的电池技术中显示出巨大的前景。但硫和固态放电产物(li2s/li2s2)的导电性差，以及硫阴极在循环过程中体积变化大(≈80％)，可溶性lipss的“穿梭效应”和缓慢的硫还原氧化反应(srr)动力学以及反应过程中正极的体积膨胀等问题阻碍了li-s电池的进一步发展。

2、为了解决这些问题，通常采用多孔碳的物理约束和极性底物的化学锚来抑制穿梭效应。然而，这两种策略本质上都是被动的解决方案。催化作用最近被引入到锂硫电池中，作为加速多硫化物转化从而解决穿梭效应的一种主动策略，硫化物、氮化物、磷化物及其异质结构被广泛用作催化剂。特别地，他们直接描述了电子转移数，以表征电催化硫还原，并确认催化是解决锂硫电池基本挑战的有希望的途径。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种电学性能好的锂硫电池，本申请提供铁纳米颗粒催化剂、修饰隔膜浆料、修饰隔膜及锂硫电池。

2、一方面，本申请提供的一种铁纳米颗粒催化剂，由以下制备方法制备得到：

3、s1、将六水合氯化铁、对苯二甲酸、dma加入反应釜中；将反应釜置于150℃干燥6h；用dma和无水乙醇分别离心洗涤3次，60℃真空干燥12h，得到fe-mil-53前驱体；

4、s2、将s1中制得的fe-mil-53前驱体置于n2氛围中，升温至400℃～800℃保持1h；自然冷却至室温后得到铁纳米颗粒催化剂。

5、优选的，所述s1中，六水合氯化铁、对苯二甲酸与dma按照0.1mol：0.1mol：12ml的比例添加。

6、优选的，所述s2中，升温速率为5℃min-1。

7、第二方面，本申请还提供一种用于锂硫电池修饰隔膜的浆料，包括上述催化剂、cb以及pvdf，其中催化剂、cb以及pvdf的质量比为2～4：5～7:1。

8、第二方面，本申请还提供上述浆料的制备方法，包括以下步骤：按照配方量将催化剂、cb以及pvdf进行研磨，加入nmp溶剂搅拌得到浆料；

9、第三方面，本申请还提供一种用于锂硫电池的修饰隔膜，将上述浆料均匀涂布在隔膜上，60℃真空干燥12h后得到修饰隔膜。

10、优选的，所述隔膜采用pp隔膜。

11、第四方面，本申请还提供一种锂硫电池，包括电极以及上述修饰隔膜，所述修饰隔膜涂布有浆料的一面朝向正极。

12、优选的，所述电极的制备方法为：将s与cb按照质量比为8:1进行混合并研磨，在氮气气氛下以155℃保温12h，得到c/s正极；将c/s正极、pvdf以及cb混合，并加入dmf溶剂形成均匀的浆料，将浆料涂覆在铝箔上，60℃真空干燥得到。

13、优选的，所述c/s正极、pvdf以及cb的质量比为5:2:3或8:1:1。

14、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

15、1.本申请制备的铁纳米颗粒催化剂在惰性气氛下经高温煅烧碳化，保留原mof三维的立方体分级多孔框架结构，为载硫和锂离子迁移提供更好的空间；并且内部含有高度分散的金属活性位点，有效降低了金属氧化物或金属单质的聚集，因此表现出更优异的催化活性；有机配体对苯二甲酸在惰性气氛下经热解生成大量的碳材料，极大的提高了材料的导电性应用于li-s电池时表现出突出的电化学性能；铁纳米颗粒催化剂能够提供物理限域和化学催化作用且对pss表现出选择催化的功能：铁纳米颗粒催化剂在放电过程中抑制了s8向li2sn转化，促进li2sn向li2s转化；在充电过程中有利于li2s向li2sn转化，因此铁纳米颗粒催化剂双向促进了锂硫电池中lipss的快速转化，抑制了穿梭效应，提高了活性物质硫的利用率，表现出最佳的电化学性能；

16、2.本申请制备的锂硫电池，其循环稳定性和倍率性能得到了极大的提高，且制备工艺简单，易操作，有利于工业化生产。

技术特征：

1.一种铁纳米颗粒催化剂，其特征在于，由以下制备方法制备得到：

2.根据权利要求1中所述的催化剂，其特征在于，所述s1中，六水合氯化铁、对苯二甲酸与dma按照0.1mol：0.1mol：12ml的比例添加。

3.根据权利要求1中所述的催化剂，其特征在于，所述s2中，升温速率为5℃min-1。

4.一种用于锂硫电池修饰隔膜的浆料，其特征在于，包括权利要求1中所述的催化剂、cb以及pvdf，其中催化剂、cb以及pvdf的质量比为2～4：5～7:1。

5.一种权利要求4中所述浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配方量将催化剂、cb以及pvdf进行研磨，加入nmp溶剂搅拌得到浆料。

6.一种用于锂硫电池的修饰隔膜，其特征在于，将权利要求4中所述的浆料均匀涂布在隔膜上，60℃真空干燥12h后得到修饰隔膜。

7.根据权利要求6所述的修饰隔膜，其特征在于，所述隔膜采用pp隔膜。

8.一种锂硫电池，其特征在于，包括电极以及权利要求5中所述的修饰隔膜，所述修饰隔膜涂布有浆料的一面朝向正极。

9.根据权利要求8所述的锂硫电池，其特征在于，所述电极的制备方法为：将s与cb按照质量比为8:1进行混合并研磨，在氮气气氛下以155℃保温12h，得到c/s正极；将c/s正极、pvdf以及cb混合，并加入dmf溶剂形成均匀的浆料，将浆料涂覆在铝箔上，60℃真空干燥得到。

10.根据权利要求9所述的锂硫电池，其特征在于，所述c/s正极、pvdf以及cb的质量比为5:2:3或8:1:1。

技术总结
本申请公开了铁纳米颗粒催化剂、修饰隔膜浆料、修饰隔膜及锂硫电池；本申请提供的一种铁纳米颗粒催化剂，S1、将六水合氯化铁、对苯二甲酸、DMA加入反应釜中；将反应釜置于150℃干燥6h；用DMA和无水乙醇分别离心洗涤3次，60℃真空干燥12h，得到Fe‑MIL‑53前驱体；S2、将Fe‑MIL‑53前驱体置于N<subgt;2</subgt;氛围中，升温至400℃～800℃保持1h；自然冷却至室温后得到铁纳米颗粒催化剂。铁纳米颗粒催化剂能够提供物理限域和化学催化作用且对PSs表现出选择催化的功能：在放电过程中抑制了S<subgt;8</subgt;向Li<subgt;2</subgt;S<subgt;n</subgt;转化，促进Li<subgt;2</subgt;S<subgt;n</subgt;向Li<subgt;2</subgt;S转化；在充电过程中有利于Li<subgt;2</subgt;S向Li<subgt;2</subgt;S<subgt;n</subgt;转化，双向促进了锂硫电池中LiPSs的快速转化，抑制了穿梭效应，提高了活性物质硫的利用率。

技术研发人员：张久俊,左银泽,董捷,颜蔚,焦学超,马春响,陈军,苏丽访,杨前程
受保护的技术使用者：安徽理士新能源发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7