[發明專利]一種鋰硫電池用修飾隔膜的制備方法

有效

• 申請號: 202110063670.8
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112886134B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 李小菊;李鵬月;律浩偉
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/446;H01M50/417;H01M50/451;H01M10/052
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 陳文

本發明涉及一種鋰硫電池用隔膜修飾材料的制備方法。該方法是：選用高導電和高催化活性的二維片狀材料作為模板，在其表面通過三氨基胍基鹽酸鹽和1,3,5?三甲酰基間苯三酚的席夫堿反應包覆一層離子聚合物，然后與聚偏氟乙烯混合得到分散液并涂覆在隔膜基體上，烘干后得到所述的鋰硫電池用修飾隔膜。本發明在隔膜上涂覆的離子聚合物包裹的片狀材料，可以通過靜電吸附?快速擴散?催化轉化的模式加速隔膜截獲多硫化物的反應動力學，避免固態產物在隔膜上的沉積，實現高含硫和高載硫條件下高的電化學性能。

技術領域

本發明屬于電池材料制備及應用領域，具體涉及一種鋰硫電池用修飾隔膜的制備。

背景技術

隨著能源需求量的與日俱增和環境污染的日益嚴重，發展可替代的綠色清潔能源，減少化石燃料的大量消耗變得尤其重要，這推動了儲能技術和設備的迅速發展。鋰硫電池由于具有高達1675mAh?g^-1的理論容量和2600Wh?kg^-1的能量密度而被認為是一種理想的下一代儲能材料。但活性物質硫和其固態放電產物的導電性差、多硫化物的穿梭效應以及充放電過程中的體積變化等問題，阻礙了鋰硫電池的大規模商業化應用。其中多硫化物的穿梭效應最為復雜，容易導致快速的容量衰減，嚴重的自放電，低的庫倫效率和差的循環穩定性。

使用納米結構的導電材料作為硫主體改善硫正極的導電性、束縛多硫化物在正極區域是提升鋰硫電池性能常用的方法。雖然硫復合正極材料的設計和合成已經取得了很大的進展，但是在高含硫，高載硫和高倍率條件下實現高能量密度和長壽命仍是一個大的挑戰。對隔膜的修飾改性是改善正極材料的一種補充技術。目前，碳納米管，氧化石墨烯，雜原子摻雜的碳，金屬氧化物，金屬硫化物及其復合物等已被用作隔膜的涂層。其中，含金屬的涂層不僅能通過化學作用抑制多硫化物向負極的遷移，而且可以通過催化作用加快截獲的多硫化物轉化，從而在一定程度上提高了循環穩定性。?但是，由于這些材料中有限的多硫化物吸附位點，難以吸附充放電產生的大量多硫化物。?同時，這些隔膜的涂層將不可避免地減慢鋰離子的傳導，導致反應動力學下降。因此，迫切需要開發新的改性隔膜，該隔膜能同時實現多硫化物的有效截獲和高效轉化以及鋰離子的快速傳導，從而在高含硫和高載硫條件下實現優異的電化學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰硫電池用修飾隔膜的制備方法，該修飾材料為離子聚合物包覆的導電片狀材料。在該材料中，離子聚合物通過靜電相互作用吸附的多硫化物可以迅速擴散到片狀材料表面實現催化轉化，提升鋰硫電池的電化學性能。

為實現本發明的目的采用的制備方法如下：

（1）使用二維片狀材料做模板，在有機溶液中與三氨基胍基鹽酸鹽超聲分散20～60分鐘獲得混合物；

（2）在獲得混合物中加入1,3,5-三甲酰基間苯三酚，通過冷凍-抽真空-解凍循環連續處理3次；

（3）連續處理后置于密封的Pyrex瓶中在100～125℃下靜置3天，生成固體沉淀物；

（4）依次用N,?N-二甲基乙酰胺、水和丙酮洗滌固體沉淀物，真空干燥后得到離子聚合物包覆的二維材料；

（5）將離子聚合物包覆的二維材料與聚偏氟乙烯混合均勻，得到分散液，然后將分散液以抽濾的方法涂覆在隔膜基體上形成隔膜涂層，抽濾完成后烘干，即得到所述的鋰硫電池用修飾隔膜。

上述步驟中所述的二維片狀材料是指Ti₃C₂、V₂C、Nb₂C、CoB和RuO₂，這些片狀材料具有高導電和高催化活性。

上述步驟中所述的有機溶液是指1,4-二氧六環、?N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一種。

上述步驟中三氨基胍基鹽酸鹽和1,3,5-三甲酰基間苯三酚的總質量與?二維片狀材料的質量比為（1～6）:40。