技术摘要：
本发明属于锂硫电池材料技术领域，更具体地，涉及一种锂硫电池的功能性复合夹层、其制备和应用。该功能性复合夹层设置于锂硫电池阴极表面或锂硫电池非极性隔膜的阴极侧的表面；该复合夹层为多层复合结构，该多层复合结构中包括交替层叠设置的带正电荷的多孔纳米材料和  全部
背景技术：
随着科技和经济的不断发展以及世界人口的不断增长，人们对于能源的需求日益 增加，传统的不可再生能源石油、煤炭等存在短缺和环境污染等问题，因此目前急需对先进 的储能技术展开研究来解决能源储存问题。理论比电容为1675mAh  g-1和能量密度为2600Wh  kg-1的锂硫电池，具有对环境友好，价格便宜、材料储存丰富等优势，有望代替锂离子电池成 为下一代能源储能系统。但是其商业化进程受到许多问题的阻碍，其中以充放电过程中产 生的多硫化物造成的穿梭效应及锂枝晶的生成，从而导致安全性影响最为严峻。 因此设计能够将具有高迁移率的多硫化物限制在阴极内的功能材料似乎是一种 合理的方法，一种可行性高的策略是开发一种功能性复合夹层在不影响锂离子迁移的情况 下达到阻隔多硫化物的穿梭的目的。目前已经研究出来各种碳材料并将其用作锂硫电池的 夹层，但是非极性碳与极性的多硫化物相互作用较弱，从而使物理上受阻的多硫化物通过 扩散又回到浓度梯度驱动的电解质中。最近，由官能团掺杂的碳材料、石墨烯衍生物和聚合 物引起了越来越多的研究兴趣，这是由于它们强大的多硫化物吸附/排斥能力，但是仅仅带 有正电或者负电的材料对于抑制多硫化物的穿梭效果有限。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂硫电池的功能性复合 夹层、其制备和应用，其通过将包括交替层叠设置的带正电荷的多孔纳米材料和带负电荷 的多孔纳米材料的多层复合结构的夹层材料设置在锂硫电池的阴极表面或隔膜阴极侧的 表面，抑制多硫化物的穿梭效应，提升锂硫电池的综合性能，由此解决现有技术的锂硫电池 隔膜解决多硫化物的穿梭效应问题效果欠佳的技术问题。 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锂硫电池的功能性复合夹 层，该功能性复合夹层设置于锂硫电池阴极表面或锂硫电池非极性隔膜的阴极侧的表面； 该复合夹层为多层复合结构，该多层复合结构中包括交替层叠设置的带正电荷的 多孔纳米材料和带负电荷的多孔纳米材料； 该功能性复合夹层用于抑制锂硫电池充放电过程中阴极产生的多硫化物向阳极 的扩散，提升锂硫电池的综合性能。 优选地，所述带正电荷的多孔纳米材料为氮掺杂和/或硼掺杂的改性纳米材料； 所述带负电荷的多孔纳米材料为硫掺杂和/或氧掺杂的改性纳米材料； 所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米多孔碳、纳米聚丙烯腈和纳米氮化硼中的一 种或几种。 优选地，所述多层复合结构中，带正电荷的多孔纳米材料和带负电荷的多孔纳米 4 CN 111554856 A 说　明　书 2/14 页 材料对应的层与层之间还设置有支撑层。 优选地，所述支撑层材料为氧化石墨烯层，所述支撑层的厚度为1-10nm。 优选地，所述多孔纳米材料的孔尺寸包含微孔、中孔或大孔中的一种或多种。 优选地，所述复合夹层的总厚度为5-30μm，所述多层复合结构中多孔纳米材料的 总层数为10-15层。 优选地，所述复合夹层的总厚度为10-30μm。 按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的功能性复合夹层的制备方法，将带 负电荷的多孔纳米复合材料浆料和带正电荷的多孔纳米复合材料浆料采用层层涂覆技术， 交替涂覆沉积在锂硫电池的阴极表面或非极性隔膜阴极侧的表面，干燥后得到所述锂硫电 池的功能性复合夹层； 其中，所述带负电荷的多孔纳米复合材料浆料为带负电荷的多孔纳米材料与黏合 剂混合后分散在溶剂中得到的浆料；所述带正电荷的多孔纳米复合材料浆料为带正电荷的 多孔纳米材料与黏合剂混合后分散在溶剂中得到的浆料。 优选地，所述带负电荷的多孔纳米复合材料浆料中带负电荷的多孔纳米材料和黏 合剂的质量比为5/1-2/1，所述带正电荷的多孔纳米复合材料浆料中带正电荷的多孔纳米 材料和黏合剂的质量比为5/1-2/1。 优选地，所述黏合剂为聚偏氟乙烯粉末；所述溶剂为乙醇和/或甲醇。 优选地，所述多层复合结构中，带正电荷的多孔纳米材料和带负电荷的多孔纳米 材料对应的层与层之间还设置有支撑层，该功能性复合夹层的制备方法包括如下步骤： 将所述将带负电荷的多孔纳米复合材料浆料、支撑层浆料和带正电荷的多孔纳米 复合材料浆料采用层层涂覆技术，依次涂覆、并按照该顺序重复多次涂覆沉积在锂硫电池 的阴极表面或非极性隔膜阴极侧的表面，干燥后得到所述锂硫电池的功能性复合夹层； 其中，所述带负电荷的多孔纳米复合材料浆料为带负电荷的多孔纳米材料与黏合 剂混合后分散在溶剂中得到的浆料；所述支撑层浆料为支撑层材料分散中溶剂中得到的浆 料；所述带正电荷的多孔纳米复合材料浆料为带正电荷的多孔纳米材料与黏合剂混合后分 散在溶剂中得到的浆料。 按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的功能性复合夹层的应用，用作锂硫 电池的功能性复合夹层。 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果： (1)本发明提供的一种锂硫电池的功能性复合夹层，该复合夹层为多层复合结构， 该多层复合结构中包括交替层叠设置的带正电荷的多孔纳米材料和带负电荷的多孔纳米 材料；该功能性复合夹层用于抑制锂硫电池充放电过程中阴极产生的多硫化物向阳极的扩 散，提高锂硫电池的综合性能。 (2)本发明提供的锂硫电池的功能性复合夹层，在阴极或非极性隔膜表面交替沉 积带有不同电荷的多孔纳米复合材料，所述纳米材料具有多孔结构，多孔材料吸液能力强， 能够吸收更多的电解液，使隔膜具有良好的电解液润湿性，丰富的孔道可以为锂离子提供 良好的迁移通道，增加离子电导率。 (3)本发明采用层层涂覆技术的锂硫电池功能性复合夹层具有有序结构，有序的 5 CN 111554856 A 说　明　书 3/14 页 结构能够提高锂离子的传输速率从而提高锂硫电池的性能。 (4)本发明的锂硫电池功能性复合夹层的的厚度可以根据不同的要求进行调控， 具有可控性。本发明通过控制多层复合结构的夹层材料中每一层不同电荷的多孔纳米材料 的厚度，并控制夹层材料的总厚度，使得不仅能够很好地抑制多硫化物的穿梭，而且还能够 确保锂离子的正常高效迁移。 (5)相比于单一电荷的带电夹层，本发明提供的双电荷夹层在电离的作用下，在电 解液中会形成双重阻隔层，由于可溶性的多硫化物在电解液中电离出的阴离子带负电，因 此利用同极相斥，异极相吸的原理，使用带有不同电荷的锂硫电池功能性复合夹层，利用不 同电荷的协同作用来高效抑制多硫化物穿梭效应，使夹层针对多硫化物具有双重作用，可 以双重阻隔多硫化物迁移，降低了穿梭效应，提高了电池性能。 (6)本发明的锂硫电池功能性复合夹层制备方法简单，整体制备过程的能耗低、易 操作、对环境友好，易于大规模工程化制备和应用。 附图说明 图1中内容(a)为实施例1所述的阴极片的数位照片；内容(b)为实施例1所述的通 过层层涂覆技术制备的功能夹层的数位照片；内容(c)为实施例1所述的功能夹层表面的扫 描电镜图。 图2为实施例1所组装的锂硫电池在0.5C下的恒速率充放电测试并与无本发明夹 层材料的电池的比较图。 图3为实施例1、对比例1、对比例2所组装的锂硫电池在0.5C下的恒速率充放电测 试结果图。 图4为实施例1、对比例3和对比例4所组装的锂硫电池在0.5C下的恒速率充放电测 试结果图。 图5为实施例1、对比例5、对比例6和对比例7所组装的锂硫电池在0.5C下的恒速率 充放电测试结果图。