[發(fā)明專利]一種復(fù)合隔膜、制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110143041.6
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112952286A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪潔;肖強鳳;張存滿;薛明喆
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/431;H01M50/443;H01M50/449;H01M50/414;H01M10/052
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 王偉珍

本發(fā)明屬于鋰金屬二次電池技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種復(fù)合隔膜、制備方法及應(yīng)用，將立方體CaTiO3粉體與Na2EDTA分散到水和乙二醇組成的混合溶劑中，經(jīng)過加熱反應(yīng)一段時間，然后經(jīng)過離心洗滌干燥，得到Microboxes?TiO2粉體；將Microboxes?TiO2粉體與CNT分散在有機溶劑中，得到分散均勻的懸濁液；將懸濁液抽濾到預(yù)定基底隔膜上，干燥后得到復(fù)合隔膜。該復(fù)合隔膜能夠作為隔膜應(yīng)用到鋰硫電池中。本發(fā)明通過Na₂EDTA輔助離子交換反應(yīng)，簡單有效的獲得了一種Microboxes?TiO₂粉體，然后將其與CNT混合抽濾成復(fù)合隔膜應(yīng)用到鋰硫電池中。交叉分布的CNT能夠很好的承載Microboxes?TiO₂粉體，利用Microboxes?TiO₂粉體獨特的立方體中空結(jié)構(gòu)，對聚硫具有很強的化學(xué)吸附能力，能夠很好地抑制聚硫的穿梭效應(yīng)，在長循環(huán)后，仍然保持了很高的比容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰金屬二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合隔膜、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備和電動汽車等對二次電池高比容量和高的循環(huán)穩(wěn)定性的需求的日益增長，鋰硫(Li-S)電池憑借其無可比擬的優(yōu)勢脫穎而出。Li-S電池中由低毒、價格低廉的硫作為正極，低電化學(xué)電位(-3.040V對標(biāo)準(zhǔn)氫電極)和較小的重量密度(0.534g cm^-3)的金屬鋰作負(fù)極。硫(1675mAh g^-1)和金屬鋰(3860mAh g^-1)的高的理論比容量，使Li-S電池?fù)碛?600Wh kg^-1的理論能量密度，是傳統(tǒng)鋰離子電池的5-10倍而成為下一代高比能量的二次電池，被認(rèn)為是商業(yè)鋰離子電池最有潛力的替代品之一。

然而，由于硫及其放電產(chǎn)物電導(dǎo)率低，循環(huán)過程中體積變化大，以及充放電過程中產(chǎn)生的多硫化鋰(LiPS)會溶解擴散到有機液體電解質(zhì)中，通過隔膜在硫正極和鋰金屬負(fù)極之間來回穿梭，產(chǎn)生“穿梭效應(yīng)”導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失，容量迅速衰減，庫侖效率和循環(huán)穩(wěn)定性的降低等問題，極大地阻礙了鋰硫電池的實際應(yīng)用。

在電池結(jié)構(gòu)中，隔膜系統(tǒng)是重要的組成部分，通過改變隔膜結(jié)構(gòu)和組成是從商業(yè)角度提升鋰硫電池性能的重要手段。目前，Celgard公司生產(chǎn)的聚丙烯(PP)隔膜因為具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度被廣泛商業(yè)化應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的隔膜無法阻止Li-S電池中LiPS“穿梭效應(yīng)”的發(fā)生，如果找到合適的材料可以在傳統(tǒng)隔膜表面張開一張“網(wǎng)”，即能捕獲LiPS鏈狀分子又能使Li⁺自由通過，這個問題將可以得到很好的解決。

在中國專利“覆碳隔膜鋰硫電池的制備方法”(授權(quán)號：CN105633471A)中陳振宇用PVDF做粘結(jié)劑，將比表面積為2100m² g^-1的活性炭和SP混成漿料涂覆在隔膜上，刮涂的方式大幅減小了鋰硫電池中碳膜的厚度，碳的高導(dǎo)電性能夠提高Li⁺的通過速率，提升鋰硫電池的性能，降低成本。但是此方法不但原料損耗較多，而且碳材料對LiPS的吸附能力有限，在循環(huán)20圈以后放電比容量僅為750mAh g^-1。許多研究表明二氧化鈦對LiPS具有優(yōu)異的吸附性能。在中國專利“一種納米硫/氮摻雜二氧化鈦復(fù)合正極材料的制備方法”(授權(quán)號：CN107749473 A)中張永光制備出混合均勻，形貌尺寸均一的納米級別的硫/氮摻雜二氧化鈦應(yīng)用在鋰硫電池中，利用二氧化鈦對LiPS優(yōu)異的吸附性能，有效地抑制多硫化物的溶解和穿梭效應(yīng)，減少活性物質(zhì)損失，從而改善循環(huán)性能，提高放電比容量，增強鋰硫電池的電化學(xué)性能。但此方法制備的二氧化鈦形貌簡單，吸附位點不足，不高的本征電導(dǎo)率限制了二氧化鈦在鋰硫電池中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種復(fù)合隔膜、制備方法及應(yīng)用。