一种BiOCuSe基纳米纤维膜及其制备方法和应用、锂

本发明涉及电池材料，尤其涉及一种biocuse基纳米纤维膜及其制备方法和应用、锂硫电池功能膜。背景技术：1、目前商业化的基于过渡金属氧化物正极和石墨正极的锂离子电池的理论比能量仅为387wh·kg-1，难以满足现代社会的需求。近年来，已经开发了许多新型电池系统。锂硫(li-s)电池的理论比能量为2567wh·kg-1，比传统锂离子电池高约6～7倍。因此锂硫电池的开发对于满足长寿命和高能量密度先进储能技术的快速增长需求具有实际意义。此外，作为正极的元素硫对环境友好、地球上储量丰富且成本低廉。然而，在li-s电池商业化之前，仍然存在一些需要解决的挑战：(1)硫和放电产物(li2s/li2s2)是自然绝缘的，这意味着在充/放电过程中硫的利用率差；(2)硫在完全锂化为硫化锂后发生较大体积膨胀(80％)，导致电极结构粉化和损坏；(3)形成一系列长链多硫化锂物种(lipss)，易溶于电解液中，并通过隔膜扩散至锂负极区域，产生“穿梭效应”，导致不可逆容量损失。2、针对上述问题，在正极侧和隔膜之间引入功能夹层已成为限制多硫化物穿梭的一种十分有效的方法，可以有效提高锂硫电池的电化学性能。在夹层材料的选择中，碳基材料凭借其高导电性和物理拦截多硫化物的能力而备受关注。其中，电纺碳纳米纤维(cnf)被认为是夹层材料最出色的候选者之一，由于碳纤维具有优异的导电性和特殊的网络交叉结构，碳纤维夹层总能提供有效的电子传递途径，并保护负极不受钝化。此外，与其他中间层相比，传统碳纤维表现出更可靠的机械强度和柔韧性，这可以确保锂硫电池在循环过程中的稳定性。现有技术中研究了bi2se3/cnf为夹层材料，但是仍存在电化学性能差的问题。技术实现思路1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种biocuse基纳米纤维膜及其制备方法和应用、锂硫电池功能膜。利用本发明制得的biocuse基纳米纤维膜组装的电池电化学性能好。2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：3、本发明提供了一种biocuse基纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：4、将乙酸铜、五水合硝酸铋、n,n-二甲基甲酰胺和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到纺丝溶液；5、将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到纤维膜前驱体；6、将所述纤维膜前驱体和硒粉混合后进行硒化，得到所述biocuse基纳米纤维膜。7、优选地，所述乙酸铜、五水合硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为0.2～0.8g：0.5～1.3g：1～2.5g：10～20ml。8、优选地，所述乙酸铜、五水合硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为0.4g：0.97g：2g：14ml。9、优选地，所述静电纺丝的参数包括：注射速度为0.04～0.1ml·h-1，正电压为10～18kv，负电压为2～6kv，注射器喷丝头和接收器之间的距离为10～25cm。10、优选地，所述纤维膜前驱体和硒粉的质量比为1：1～4。11、优选地，所述硒化在氮气气氛中进行，所述硒化的温度为700℃，保温时间为2h，由室温升温至所述硒化的温度的升温速率为1～10℃。12、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的biocuse基纳米纤维膜，包括cnf和负载在所述cnf表面的bi2se3-biocuse纳米颗粒。13、优选地，所述cnf的直径为250～500nm，所述bi2se3-biocuse纳米颗粒的粒径为20～50nm。14、本发明还提供了上述技术方案所述的biocuse基纳米纤维膜作为电池膜反应器的应用。15、本发明还提供了一种锂硫电池功能膜，包括上述技术方案所述的biocuse基纳米纤维膜。16、本发明提供了一种biocuse基纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：将乙酸铜、五水合硝酸铋、n,n-二甲基甲酰胺和聚乙烯吡咯烷酮混合，得到纺丝溶液；将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到纤维膜前驱体；将所述纤维膜前驱体和硒粉混合后进行硒化，得到所述biocuse基纳米纤维膜(bi2se3-biocuse/cnf)。17、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：18、本发明通过静电纺丝和硒化结合的方法，制得了biocuse基纳米纤维膜，bi2se3-biocuse/cnf中的bi2se3-biocuse可以提供更多的化学吸附活性位点，增强了对多硫化物的吸附和界面转化，有利于电子和离子传输，又可以很好的吸附电解液中的多硫化锂，减少多硫化锂的穿梭效应，提高活性物质的利用率，此外，cnf纤维网状结构有效缓解了循环过程中体积膨胀现象，保持了电极的完整性，bi2se3-biocuse和cnf的协同作用显著改善了锂硫电池的电化学性能。实施例的数据表明，与采用biocuse相比，本发明的bi2se3-biocuse/cnf能储存更多的电解液和提供良好的离子和电子传输的碳纤维通道，能增强反应动力学。技术特征：1.一种biocuse基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙酸铜、五水合硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为0.2～0.8g：0.5～1.3g：1～2.5g：10～20ml。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述乙酸铜、五水合硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为0.4g：0.97g：2g：14ml。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的参数包括：注射速度为0.04～0.1ml·h-1，正电压为10～18kv，负电压为2～6kv，注射器喷丝头和接收器之间的距离为10～25cm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维膜前驱体和硒粉的质量比为1：1～4。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硒化在氮气气氛中进行，所述硒化的温度为700℃，保温时间为2h，由室温升温至所述硒化的温度的升温速率为1～10℃·min-1。7.权利要求1～6任一项所述制备方法制得的biocuse基纳米纤维膜，其特征在于，包括cnf和负载在所述cnf表面的bi2se3-biocuse纳米颗粒。8.根据权利要求7所述的biocuse基纳米纤维膜，其特征在于，所述cnf的直径为250～500nm，所述bi2se3-biocuse纳米颗粒的粒径为20～50nm。9.权利要求7或8所述的biocuse基纳米纤维膜作为电池膜反应器的应用。10.一种锂硫电池功能膜，其特征在于，包括权利要求7或8所述的biocuse基纳米纤维膜。技术总结本发明提供了一种BiOCuSe基纳米纤维膜及其制备方法和应用、锂硫电池功能膜，属于电池材料领域。本发明将乙酸铜、五水合硝酸铋、N,N‑二甲基甲酰胺和聚乙烯吡咯烷酮混合后静电纺丝，得到纤维膜前驱体；将纤维膜前驱体和硒粉混合后进行硒化，得到Bi