本發(fā)明屬于新一代高性能綠色儲能領域，具體涉及鋰負極隔膜及其制備方法和應用，更具體地涉及一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著移動式電子設備、電動汽車的規(guī)模應用和智能電網技術的快速發(fā)展，大規(guī)模儲能技術將在電力系統(tǒng)發(fā)展和能源變革中發(fā)揮重要作用。未來的電動汽車需要更高的續(xù)航里程、更快的充電速度及壽命更長的電池。鋰硫電池理論放電比容量高，能量密度大，是理想的下一代儲能體系之一。然而硫正極中的多硫化物穿梭效應和鋰金屬負極上鋰枝晶的不可控生長嚴重制約了鋰硫電池的實際應用。

2、當前由于大多數材料的兼容性差，對鋰硫電池中關鍵問題的解決往往是孤立的，很難同步實現正負極的雙向調控。鋰金屬負極改性主要集中在人工電極電解質界面(sei)和親鋰骨架的設計兩個方面，但這兩個方面都很難實現規(guī)?；a，極大制約了鋰金屬電池的實用性。值得注意的是，在鋰金屬電池系統(tǒng)中，因其會涉及多電子反應路徑，隔膜除了在避免正負極短路、維持正負極之間離子通道之外，還可以通過多功能化發(fā)揮更大的作用，因此針對鋰金屬電池中所用的隔膜，研究者也做出了很多創(chuàng)新性的工作，例如《先進能源材料》(advanced?energy?materials.2018，8，1802130)報道了以hkust-1納米粒子為裝配單元，以聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(pvdf-hfp)為粘結劑制備的mof@pvdf-hfp電池隔膜。mof顆粒的高度均勻的孔徑使得穿梭效應被徹底抑制。但這種隔膜的厚度和面密度都遠大于普通隔膜，而且不導電的mof難以緩解正極側緩慢的動力學，這些因素嚴重制約了鋰硫電池的能量密度。

3、現有技術公開對正負極中間的隔膜進行修飾，雖然其可以起到抑制多硫化物的穿梭效應，但是鋰金屬負極上鋰枝晶的不可控生長不能起到有效的控制作用，因此，很難同步實現對正負極的雙向調控。因此，到目前為止，尚未有報道一種能夠低成本且簡單快速地實現鋰硫電池正負極的調控策略，這種現狀極大地阻礙了鋰硫電池新一代儲能體系的實用化進展。

技術實現思路

1、針對現有技術的改進需求，本發(fā)明提供了一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極及其制備方法和應用，其目的在于解決鋰硫電池中負極鋰枝晶生長問題以及多硫化物穿梭效應，剝離的二維二硫化鉬納米片能調控鋰離子的均勻沉積，穩(wěn)定電極電解質界面，同時二硫化鉬納米片能有效阻擋多硫化物向負極的遷移，增強活性物質的化學吸附和再利用能力，極大地提高鋰硫電池的安全性和循環(huán)壽命。

2、根據本發(fā)明的第一方面，提供一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、(1)將二硫化鉬粉末加入到正丁基鋰溶液中，混勻后進行過濾，保留上清液，向上清液中加入極性溶劑，以形成膠體二硫化鉬；

4、(2)將膠體二硫化鉬加入到水中，超聲后得到剝離的二硫化鉬(emos2)分散液，用乙醇或去離子水稀釋該分散液，然后抽濾在聚丙烯隔膜上，形成剝離的二硫化鉬負載聚丙烯復合膜(emos2@pp)；

5、(3)干燥步驟(2)得到的復合膜后，將含有剝離的二硫化鉬的一面貼合在金屬鋰上，利用輥壓技術，將剝離的二硫化鉬轉移到金屬鋰表面，再將聚丙烯移除，從而獲得剝離的二硫化鉬納米片修飾的鋰負極(emos2@li)。

6、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述極性溶劑為正己烷、乙醚、四氫呋喃、二甲基亞硫酰胺和環(huán)己烷中的一種或多種。

7、優(yōu)選地，步驟(1)中所述二硫化鉬粉末與正丁基鋰溶液的質量體積比為50～200mg/ml。

8、優(yōu)選地，步驟(1)中，通過攪拌進行混勻，所述攪拌的時間為24～36h，攪拌溫度為40～60℃。

9、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述超聲的時間為1～3h。

10、優(yōu)選地，步驟(3)中所述干燥為先空氣中干燥6～8小時，然后真空干燥6～8小時。

11、根據本發(fā)明另一方面，提供一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法制備得到的鋰負極。

12、根據本發(fā)明另一方面，提供一種鋰硫電池，包括碳硫正極，還包括所述的鋰負極(emos2@li)，中間隔膜，以及電解液。

13、優(yōu)選地，所述中間隔膜制備方法為：(1)將二硫化鉬粉末加入到正丁基鋰溶液中，混勻后進行過濾，保留上清液，向上清液中加入極性溶劑，以形成膠體二硫化鉬；(2)將膠體二硫化鉬加入到水中，超聲后得到剝離的二硫化鉬分散液，用乙醇或去離子水稀釋該分散液，然后抽濾在聚丙烯隔膜上，形成剝離的二硫化鉬負載聚丙烯復合膜(emos2@pp)。

14、根據本發(fā)明另一方面，提供一種所述的鋰負極的應用，將所述鋰負極用作鋰硫電池的負極。

15、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點：

16、(1)本發(fā)明的emos2納米片材料展現出均勻、連續(xù)且平整的二維層狀結構，具備優(yōu)良的電催化作用，能夠加速多硫化物的吸附和轉化，使多硫化物停留在正極處；其次，emos2具備良好的導電性能，能夠促進電子傳輸，有助于電化學反應的進行，從而有助于阻止多硫化物向負極的遷移，并且，emos2納米片能夠有效降低負極鋰離子的成核過電勢，從而促使其均勻沉積，并抑制潛在枝晶向正極的生長。

17、(2)本發(fā)明的emos2納米含有豐富的1t金屬相和空位結構，作為emos2@li，能有效調控負極側鋰離子的沉積，抑制鋰枝晶生長和鋰析出等副反應，減少熱失控等安全隱患，提高鋰硫電池安全性和循環(huán)壽命；作為中間隔膜emos2@pp，二維二硫化鉬片層結構能有效阻擋多硫化物向負極的遷移，增強活性物質的化學吸附和再利用能力，極大提高鋰硫電池的循環(huán)壽命。本發(fā)明創(chuàng)造性地將emos2納米片負載在鋰負極(emos2@li)上，以對負極進行修飾，抑制了鋰枝晶的產生，實現了鋰離子的均勻沉積和可逆剝離。

18、(3)本發(fā)明方法得到的emos2納米片薄且質量輕,與傳統(tǒng)的碳層相比，不會額外增加隔膜和鋰負極的厚度和重量，有利于提升整個電池體系的能量密度。

19、(4)本發(fā)明生產的emos2產量高，時間周期短，可以連續(xù)產出，且工藝簡單，兼容性強。

技術特征：

1.一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述極性溶劑為正己烷、乙醚、四氫呋喃、二甲基亞硫酰胺和環(huán)己烷中的一種或多種。

3.如權利要求1所述的一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述二硫化鉬粉末與正丁基鋰溶液的質量體積比為50～200mg/ml。

4.如權利要求1所述的一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，通過攪拌進行混勻，所述攪拌的時間為24～36h，攪拌溫度為40～60℃。

5.如權利要求1所述的一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述超聲的時間為1～3h。

6.如權利要求1所述的一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述干燥為先空氣中干燥6～8小時，然后真空干燥6～8小時。

7.如權利要求1-6中任意一項所述的一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極的制備方法制備得到的鋰負極。

8.一種鋰硫電池，其特征在于，包括碳硫正極，還包括如權利要求7所述的鋰負極，中間隔膜，以及電解液。

9.如權利要求8所述的一種鋰硫電池，其特征在于，所述中間隔膜制備方法為：(1)將二硫化鉬粉末加入到正丁基鋰溶液中，混勻后進行過濾，保留上清液，向上清液中加入極性溶劑，以形成膠體二硫化鉬；(2)將膠體二硫化鉬加入到水中，超聲后得到剝離的二硫化鉬分散液，用乙醇或去離子水稀釋該分散液，然后抽濾在聚丙烯隔膜上，形成剝離的二硫化鉬負載聚丙烯復合膜。

10.如權利要求7所述的鋰負極的應用，其特征在于，將所述鋰負極用作鋰硫電池的負極。

技術總結
本發(fā)明屬于新一代高性能綠色儲能領域，具體涉及一種剝離的二維二硫化鉬納米片修飾的鋰負極及其制備方法和應用，包括以下步驟：(1)將二硫化鉬粉末加入到正丁基鋰溶液中，攪拌后過濾后保留上清液，向上清液中加入極性溶劑，以形成膠體二硫化鉬；(2)將膠體二硫化鉬加入到水中，超聲后得到EMoS<subgt;2</subgt;分散液，用乙醇或去離子水溶液稀釋分散液，后抽濾在聚丙烯隔膜上，形成，EMoS<subgt;2</subgt;@PP；(3)干燥步驟(2)得到的復合膜后，將含有剝離的二硫化鉬的一面貼合在金屬鋰上，利用輥壓技術，以將剝離的二硫化鉬轉移到金屬鋰表面，再將聚丙烯移除，從而獲得EMoS<subgt;2</subgt;@Li，可用作鋰硫電池的負極，能有效調控負極側鋰離子的沉積，限制鋰枝晶向正極的擴展。

技術研發(fā)人員：王得麗,程錦國,滕萬明,劉宏芳
受保護的技術使用者：江西科星儲能技術有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6