[發明專利]一種復合隔膜材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910506724.6
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN112086607B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 曹占芳;鐘宏;王帥
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M50/449
• 分類號: H01M50/449;H01M50/431;H01M50/403;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發明屬于電池材料領域，具體公開了一種聚合物@二維材料改性層狀雙金屬氫氧化物復合隔膜材料，包括聚合物膜材，以及復合在聚合物膜材中的活性材料；所述的活性材料為所述的二維材料改性層狀雙金屬氫氧化物，其包括層狀雙金屬氫氧化物，以及原位生長在其表面的二維材料；其中，所述的二維材料為二硒化鉬、二硒化鎢、二硫化鉬、二硫化鎢中的至少一種。本發明還提供了所述的隔膜的制備和在鋰硫電池中的應用。本發明所述的全新材料，可以有效解決二維材料邊界效應，可以開放更多活性位點，且避免團聚，將其添加至電池隔膜中，能夠出人意料地改善其性能，例如改善其載硫量和對多硫化合物的催化降解性，提升電池性能。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體涉及一種用于鋰硫電池的聚合物@二維材料改性層狀雙金屬氫氧化物復合隔膜材料。

背景技術

開發綠色環保且具有高能量密度和長循環壽命的新一代二次電池體系越來越具有重要意義和價值。近年來，鋰硫電池作為一種新型鋰電池越來越受到重視，其具有的理論比容量高達1675mAH g-1，理論比能量高達2500Wh Kg-1；此外，正極活性物質硫的來源也比較廣泛、價格低廉。然而，現階段鋰硫電池存在一些問題，導致其還未能廣泛進入人們的日常生活。其中較為嚴重的一個問題就是鋰硫電池的“穿梭效應”。鋰硫電池隔膜能起到阻止電池內部短路和提供鋰離子遷移通路的作用。但在鋰離子自由穿過隔膜的同時，溶解于鋰硫電池電解液中的多硫化物離子也會擴散通過隔膜到達鋰負極，進而發生不可逆的副反應，嚴重降低電池的穩定性和電池容量。所以對鋰硫電池隔膜進行共功能化修飾，在實現鋰離子遷移通路功能的同時避免過多硫化物擴散成為提升鋰硫電池性能的關鍵之一。

在鋰硫電池的制備中，所用的隔膜大多為商業化的聚丙烯(PP)為主的聚烯烴類隔膜，其合適的孔徑結構有利于鋰離子的遷移，然而，聚烯烴類隔膜并不能從根本上有效解決多硫化物的遷移現象。Song等對PP隔膜進行了雙層改性，在正對硫正極一側涂覆石墨烯層，在鋰負極一側涂覆氧化鋁層，用以提高電池的電化學性能。Li等通過等離子體技術，利用氧氣對商用PP隔膜進行處理，使得隔膜帶有一定量的羥基和羧基，從而一定程度上提高電池的電化學性能。

盡管目前的隔膜改性等研究能夠一定程度上提升鋰硫電池性能，但并不能從根本上解決電解質中多硫化物的累積和遷移問題。

發明內容

針對以上背景技術中提到的不足和缺陷，本發明的第一個目的在于，提供一種聚合物@二維材料改性層狀雙金屬氫氧化物的復合隔膜材料(本發明也簡稱為復合隔膜材料、隔膜材料或者隔膜)，旨在改善電池性能。

本發明第二目的在于，提供一種所述的復合隔膜材料的制備方法。

本發明第三目的在于，提供所述的復合隔膜材料在作為鋰硫電池隔膜中的應用。

本發明第四目的在于，提供一種裝配有所述復合隔膜材料的鋰硫電池。

二硒化鉬、二硒化鎢等二維過渡族硫(硒)化物材料存在明顯的邊界效應，嚴重影響其電化學方面的性能表現。解決其邊界效應，有助于提升其性能，但現有技術中仍無有效的解決手段。本發明基于對本行業內長期的研究實踐，開拓性地研究出一種可有效解決二維活性材料邊界效果、避免粒子團聚惡化，讓其暴露出更多的活性位的技術手段，具體為：

一種聚合物@二維材料改性層狀雙金屬氫氧化物的復合隔膜材料，包括聚合物膜材，以及復合在聚合物膜材中的活性材料；所述的活性材料為所述的二維材料改性層狀雙金屬氫氧化物，其包括層狀雙金屬氫氧化物，以及原位生長在其表面的二維材料；

其中，所述的二維材料為二硒化鉬、二硒化鎢、二硫化鉬、二硫化鎢中的至少一種。