一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜及其制备方法和应用

本发明属于锂硫电池领域，涉及一种通过双层构型助力抑制可溶性多硫化锂穿梭，防止活性物质流失的策略，具体涉及一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电动汽车市场的快速增长引起了人们对下一代蓄电池的广泛研究兴趣，以满足人们对高功率性能、高能量密度和长循环寿命的日益增长的需求。而环境友好、低成本的锂-硫(li-s)电池的能量密度高达2600wh kg-1，远远大于锂离子二次电池，是最具潜力的二次电池体系之一。然而其循环稳定性依然是阻止其商业应用的关键。这些问题的罪魁祸首是可溶性多硫化锂的穿梭，导致活性物质的流失，从而导致极差的循环稳定性。

2、为了解决li-s电池所面临的活性物质流失问题，人们做了许多努力，主要集中在制备s正极与导电材料的复合材料，如多孔碳、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物等，以及使用对多硫化物具有极高吸附和催化能力的金属氧化物，如tio2、ti4o7、al2o3等。不幸的是，这些努力导致了复杂的正极结构设计，这无疑阻碍了li-s电池的实用性。因此，开发一种新型的多功能li-s电池隔膜，对其商业化进程具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜及其制备方法和应用，以克服现有技术中多硫化锂穿梭导致循环稳定性差的问题，本发明通过电纺丝技术制备双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜，并将其用于抑制多硫化锂穿梭的锂硫电池中，以达到提高电池循环稳定性的目的。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、将棉花纤维素用蒸馏水和无水乙醇反复润洗、充分干燥；

5、步骤2、将步骤1得到的棉花加入dmac中，在n2气氛围下，搅拌并加热至第一预设时间并保温，然后冷却至第二预设温度，加入licl，再冷却至第三预设温度，最终得到均匀的纤维素溶液；

6、步骤3、将聚丙烯腈加入到步骤2得到的纤维素溶液中，并在预设温度下搅拌，得到混合电纺丝溶液；

7、步骤4、将步骤3得到的混合电纺丝溶液通过电纺丝技术制备得到纤维素@聚丙烯腈薄膜；

8、步骤5、将步骤4得到的纤维素@聚丙烯腈薄膜经进行预氧化处理，得到双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜。

9、进一步地，步骤1中润洗和干燥具体为：用蒸馏水和无水乙醇反复润洗3-5次，并在60℃下进行干燥处理。

10、进一步地，步骤2中每100ml dmac中加入0.5g棉花，且棉花与licl的质量比为1:15.6。

11、进一步地，步骤2中第一预设时间为165℃，保温时间为30min，第二预设温度为100℃，第三预设温度为80℃。

12、进一步地，步骤3中pan的质量与步骤2中棉花质量之比为2:1。

13、进一步地，步骤3中预设温度为60℃，搅拌时间为6h。

14、进一步地，步骤4中电纺丝技术具体为：在15千伏的高电压下，以0.75ml/min的进料速度进行电纺。

15、进一步地，步骤5中预氧化处理的条件为：在氩气氛围下，温度为235℃，时间为12h。

16、一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜，采用上述的制备方法制得。

17、一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜在锂硫电池中的应用，将双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜作为锂硫电池的隔膜。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本发明制备材料成本低廉，储量丰富，用于制备薄膜的电纺丝技术较为成熟，易于实现，且效果显著，可以极大提高锂硫电池的长循环稳定性。

20、本发明是一种抑制多硫化锂穿梭的新策略，通过双层构型纤维编制的纤维素@聚丙烯腈隔膜，来抑制多硫化锂的穿梭，从而减s缓活性物质的流失，以达到提高电池循环寿命的目的。该策略可以在～1.5ma cm-2面电流密度、9.1mg s的高负载、6.2μl mg-1的电解液/s用量比下，经过200次循环后，其面积容量仍可保持在4.0mah cm-2以上。

21、进一步地，本发明通过将双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜用作锂硫电池隔膜，通过抑制多硫化锂的穿梭，缓解活性物质的流失，从而提高电池的循环稳定性。

技术特征：

1.一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中润洗和干燥具体为：用蒸馏水和无水乙醇反复润洗3-5次，并在60℃下进行干燥处理。

3.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中每100ml dmac中加入0.5g棉花，且棉花与licl的质量比为1:15.6。

4.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中第一预设时间为165℃，保温时间为30min，第二预设温度为100℃，第三预设温度为80℃。

5.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中pan的质量与步骤2中棉花质量之比为2:1。

6.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中预设温度为60℃，搅拌时间为6h。

7.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4中电纺丝技术具体为：在15千伏的高电压下，以0.75ml/min的进料速度进行电纺。

8.根据权利要求1所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜的制备方法，其特征在于，步骤5中预氧化处理的条件为：在氩气氛围下，温度为235℃，时间为12h。

9.一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜在锂硫电池中的应用，其特征在于，将双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜作为锂硫电池的隔膜。

技术总结本发明提供了一种双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜及其制备方法和应用，将棉花纤维素用蒸馏水和无水乙醇反复润洗、充分干燥；然后将棉花加入N,N‑二甲基乙酰胺溶液中。在惰性气氛围下，搅拌并加热保持一定时间，然后冷却并快速加入LiCl，最终保持温度、搅拌得到均匀的纤维素溶液；然后将聚丙烯腈加入到纤维素溶液中，搅拌得到混合电纺丝溶液；然后通过电纺丝技术制备纤维素@聚丙烯腈薄膜；最后进行预氧化处理，得到热稳定性和机械性较好的双层构型的纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜。本发明将纤维素@聚丙烯腈纤维薄膜用于锂硫电池中抑制多硫化锂穿梭的应用中，以达到提高载硫Li‑S电池循环稳定性的作用。技术研发人员：丁书江,毛恒受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16