[發明專利]一種錳鈷氧化物修飾復合隔膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011021911.4
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112133873B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 劉佳;謝海明;叢麗娜;劉軍
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01M50/449
• 分類號: H01M50/449;H01M50/446;H01M50/431;H01M50/403;H01M8/023;H01M8/0234;H01M8/0243;H01M12/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明屬于電池材料技術領域，特別涉及一種錳鈷氧化物修飾復合隔膜及其制備方法和應用。本發明提供的錳鈷氧化物修飾復合隔膜，包括膜基底和覆蓋在膜基底表面的多孔涂層；所述多孔涂層包括納米籠狀錳鈷氧化物、導電碳材料和粘結劑。在本發明中，納米籠狀錳鈷氧化物有利于促進鋰氧電池中氧化還原媒介LiI的氧化還原電對反應動力學過程，提高Li₂O₂的分解效率，促進電池的循環效率；還可以有效吸附I₃^?，從而達到抑制鋰氧電池中“飛梭效應”的目的，提高電池的循環穩定性和使用壽命；導電碳能夠為錳鈷氧化物提供電子導電通道，提高電導率和鋰離子遷移率的同時，還能夠保證被錳鈷氧化物捕獲的I₃^?重新利用。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，特別涉及一種錳鈷氧化物修飾復合隔膜及其制備方法和應用。

背景技術

鋰氧電池是一種以過氧化鋰的電化學合成和分解為主要反應機制的新型電化學儲能系統，其具有超高的理論能量密度(11400Wh·kg^-1)，具有極高應用前景。但是由于過氧化鋰自身的絕緣性以及與有機溶劑不溶，導致其分解過程的本征反應動力學遲滯，從而使電池表現出高過電勢、低循環性能和有限的倍率性能等缺點，嚴重制約著鋰氧電池的實際應用。

近些年，盡管固相催化劑的添加被認為可以提高其動力學過程，但大量研究發現固相催化劑很難在電池的多次循環中保持較高的催化能力，這與其活性位點被過氧化鋰覆蓋有直接關系。氧化還原媒介的開發被認為可以完全避免這一問題，通過將固/固界面的電荷傳輸有效地轉移為液/固界面的電荷傳輸，可以降低氧氣電極的界面穿荷阻抗，促進催化反應不斷進行，從而達到減小電池的極化現象和延長電池循環壽命的目的。

目前，碘化鋰(LiI)作為氧化還原媒介，憑借其最為適宜的氧化還原電勢對得到了較多的關注，作用機理為：I^-失去電子被氧化為I₃^-或I₂，I₃^-或I₂通過電解液在電極表面和過氧化鋰之間自由穿梭，有效地促進過氧化鋰分解(Li₂O₂+I₃^-→O₂+I^-+Li⁺或3I₂+Li₂O₂→2Li⁺+2I₃^-+O₂)。然而，可溶性I₃^-或I₂不可避免地會由正極遷移到鋰負極表面與其發生副反應，導致LiI的持續消耗和金屬鋰的不斷腐蝕，即發生“飛梭效應”；此外，理論上，促進LiI的氧化還原電對轉換的反應動力學也有利于過氧化鋰的分解反應過程，有利于提高過氧化鋰的分解，但目前為止依然缺乏催化氧化還原媒介電對轉換動力學的策略。

抑制“飛梭效應”并提高氧化還原媒介電對轉換動力學，對提高鋰氧電池的壽命和改善鋰氧電池的循環性能具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種錳鈷氧化物修飾復合隔膜，可以有效抑制鋰氧電池中的“飛梭效應”，并且提高氧化還原媒介碘化鋰的氧化還原電對的動力學轉換，提高過氧化鋰的分解效率，從而提高鋰氧電池的壽命并改善鋰氧電池的循環性能。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種錳鈷氧化物修飾復合隔膜，包括膜基底和覆蓋在膜基底表面的多孔涂層；所述多孔涂層包括納米籠狀錳鈷氧化物、導電碳材料和粘結劑。

優選的，所述納米籠狀錳鈷氧化物、導電碳材料和粘結劑的質量比為(0.1～2)：(0.1～2)：1。