[發明專利]一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料改性鋰-硫電池隔膜的制備方法

有效

• 申請號: 202110651748.8
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113381120B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 楊燕飛;張俊平;王紅利;張興凱;石峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/431;H01M50/449;H01M10/052
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

1.一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料的制備：將鈷前驅體溶于有機溶劑中，并加入氮源材料，在25~35 °C下磁力攪拌1~6 h，得到均勻的混合溶液，再向混合溶液中加入解離的黏土礦物納米粒子，并在25~35°C下磁力攪拌12~48 h，然后在真空條件下通過旋轉蒸發儀完全蒸發掉溶劑，并于 60~80°C環境中干燥6-12h得到粗品；最后將粗品置于管式爐中，在N₂氣氛中碳化，即得到氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料；

（2）氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料改性隔膜的制備：將氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料和導電劑以1.8:1~9:1的質量比研磨混合5~10 min后添加到質量分數為3~13%的粘結劑溶液中并攪拌10~30min得漿料；用溶劑調節漿料的粘度至 500~1500 mPa·s后攪拌、均質得到均勻漿料；然后將均勻漿料采用涂布技術涂覆于商業隔膜表面形成涂層，涂層經熱固化，即得氮摻雜黏土礦物負載鈷的雜化材料改性隔膜。

2.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，鈷前驅體為乙酰丙酮鈷、硝酸鈷、草酸鈷、碳酸鈷、氯化鈷和硫酸鈷中至少一種；所述氮源材料為三聚氰胺、尿素、聚多巴胺、甲酸銨、殼聚糖、乙酸銨、六次甲基四胺中的一種，且鈷前驅體和氮源材料的質量比為1:0.4~1:6。

3.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，有機溶劑為二氧六環、去離子水、二甲亞砜、異丙醇、環己烷中一種；鈷前驅體與氮源材料在混合溶液中的總濃度為 0.1~0.4 mol/L。

4.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，解離的黏土礦物納米粒子是將黏土礦物納米粒子置于溶劑中并調節pH值=4~6.8后，經超聲、均質處理而得到的納米粒子；黏土礦物納米粒子為蒙脫石、凹凸棒石、鋰皂石和埃洛石中的一種；解離采用的溶劑為去離子水、乙醇或異丙醇；所得粗品中，黏土礦物納米粒子的質量百分數為50~70 %。

5.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，高溫碳化工藝：先升溫至300~400°C保溫1~2 h，隨后升溫至 600~1000°C保溫0.5~2.5 h，最后冷卻至室溫。

6.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述導電劑為石墨烯、還原氧化石墨烯、導電炭黑、導電碳納米管中的至少一種；所述粘結劑是聚偏氟乙烯、LA133、羧甲基纖維素鈉中的至少一種。

7.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料和導電劑在涂層中的質量百分含量為90~97%；粘結劑在復合涂層中的質量百分含量為3~10%。

8.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述溶劑為N, N-二甲基甲酰胺、乙二醇、去離子水中的至少一種。

9.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述商業隔膜是聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯混合隔膜、聚酰亞胺隔膜、聚偏氟乙烯隔膜、聚(偏氟乙烯-co-六氟丙烯)隔膜、玻璃纖維隔膜中的一種。

10.如權利要求1所述一種氮摻雜黏土礦物負載鈷雜化材料涂層改性鋰-硫電池隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述涂層熱固化是先于45~50°C環境中預處理5~6 h，隨后于60 ~80 °C的真空環境中保溫處理20~24 h。