[發(fā)明專利]一種用于鋰硫電池的改性隔膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010189111.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111354906A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永光;馬恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 肇慶市華師大光電產(chǎn)業(yè)研究院
• 主分類號(hào): H01M2/16
• 分類號(hào): H01M2/16;H01M2/14;H01M10/052
• 代理公司: 天津市尚文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12222
• 代理人: 郭平平

本發(fā)明屬于鋰硫電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種用于鋰硫電池的改性隔膜及其制備方法。該改性隔膜含有g(shù)?C₃N₄/CNT復(fù)合材料。該改性隔膜加入了g?C₃N₄/CNT復(fù)合材料，不僅提高了隔膜材料的性能，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備的鋰硫電池中多硫化物“穿梭效應(yīng)”明顯、鋰硫電池的體積膨脹效應(yīng)顯著和電池的電化學(xué)性能不穩(wěn)定等缺陷，而且簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種用于鋰硫電池的改性隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

能源是支撐現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要支柱，高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)將會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的變革。電池是儲(chǔ)存能源的主要途徑之一，電池的更新?lián)Q代給再生能源工業(yè)、電子產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車行業(yè)帶來(lái)了巨大的變革。在國(guó)家大力推動(dòng)下，全球電動(dòng)汽車和鋰電自行車產(chǎn)量保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，進(jìn)而帶動(dòng)著動(dòng)力型鋰離子電池的持續(xù)高速增長(zhǎng)，成為全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力量。國(guó)家將發(fā)展新能源和新能源汽車上升為國(guó)家戰(zhàn)略，作為破解能源與環(huán)境之間制約和實(shí)現(xiàn)新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的突破口。隨著電動(dòng)汽車、新能源調(diào)峰電站等市場(chǎng)的快速擴(kuò)大，鋰離子電池已經(jīng)成為主要國(guó)家以及各大企業(yè)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，其技術(shù)創(chuàng)新以及產(chǎn)業(yè)化步伐大大加快。

鋰硫電池因其具有較高的理論容量和能量密度，并且兼具原料豐富、環(huán)保性好以及成本低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透咝阅茈姵刂弧ｄ嚵螂姵刂饕烧龢O材料、電解液、隔膜以及負(fù)極材料構(gòu)成。單質(zhì)硫作為正極具有較高的比容量，在鋰/硫(Li/S)電池中，其理論比容量高達(dá)1675mA·h/g，理論比能量為2600Wh/kg，比傳統(tǒng)鋰離子電池中的LiCoO₂等正極材料要高6倍。但是鋰硫電池的充放電過(guò)程是一個(gè)多電子反應(yīng)，并伴隨著復(fù)雜的相轉(zhuǎn)化過(guò)程。發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，中間放電產(chǎn)物在電解液中發(fā)生溶解并在正負(fù)極之間循環(huán)穿梭。穿梭效應(yīng)嚴(yán)重影響了鋰硫電池的循環(huán)性能和庫(kù)倫效率，并導(dǎo)致鋰硫電池產(chǎn)生自放電嚴(yán)重等問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，研究表明將電池的隔膜進(jìn)行改性處理能夠顯著抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，起到捕獲多硫化物的作用，現(xiàn)有技術(shù)雖然在一定程度上改善了鋰硫電池的性能，但普遍存在的缺點(diǎn)是：電池的電化學(xué)性能不穩(wěn)定，比容量不夠高；多硫化物的穿梭效應(yīng)依舊明顯；鋰硫離子電池的體積膨脹顯著；實(shí)驗(yàn)較復(fù)雜，操作難度大，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在的缺陷而提供一種用于鋰硫電池的改性隔膜及其制備方法，該改性隔膜加入了g-C₃N₄/CNT復(fù)合材料，不僅提高了隔膜材料的性能，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備的鋰硫電池中多硫化物“穿梭效應(yīng)”明顯、鋰硫電池的體積膨脹效應(yīng)顯著和電池的電化學(xué)性能不穩(wěn)定等缺陷，而且簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于鋰硫電池的改性隔膜含有g(shù)-C₃N₄/CNT復(fù)合材料。

所述用于鋰硫電池的改性隔膜制備方法，包括以下步驟：

(1)制備石墨氮化碳g-C₃N₄及其懸浮液：首先將三聚氰胺溶解于去離子水中進(jìn)行攪拌至完全溶解，得到三聚氰胺透明溶液；然后將所得三聚氰胺透明溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱處理，過(guò)濾收集反應(yīng)產(chǎn)物；最后將反應(yīng)產(chǎn)物加入氧化鋁坩堝中，在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒；完成后冷卻至室溫，收集最終黃色產(chǎn)物即得g-C₃N₄粉末；將所得g-C₃N₄粉末加去離子水進(jìn)行研磨至均勻，制成g-C₃N₄懸浮液；