[發(fā)明專(zhuān)利]一種原位生長(zhǎng)羥基氧化鐵改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210845738.2
• 申請(qǐng)日: 2022-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115101892A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王思哲;王鑫源;宋浩杰;賈曉華;楊進(jìn);李永;邵丹;馮雷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M50/403
• 分類(lèi)號(hào): H01M50/403;H01M50/417;H01M50/431;C01G49/02;H01M10/052;H01M50/451;H01M50/489
• 代理公司: 西安眾和至成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 艾慧康

本發(fā)明公開(kāi)了一種原位生長(zhǎng)羥基氧化鐵改性隔膜的制備方法，包括以下步驟；將聚丙烯隔膜進(jìn)行等離子體預(yù)處理；稱(chēng)取鐵源加入到去離子水中，形成Fe³⁺溶液；加入氟化銨室溫下持續(xù)攪拌，得到澄清透明的反應(yīng)溶液；將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，并放入上述處理好的隔膜，在666666℃下水熱反應(yīng)6666h；冷卻反應(yīng)釜到室溫后，將所得產(chǎn)物清洗、烘干得到原位生長(zhǎng)有羥基氧化鐵的改性隔膜；本發(fā)明通制備的原位生長(zhǎng)羥基氧化鐵改性商業(yè)聚丙烯隔膜，具有高表面活性的FeOOH構(gòu)筑了具有順暢鋰離子傳輸通道的多硫化物穿梭屏障，成功地抑制了多硫化物的溶解穿梭，同時(shí)提供了無(wú)阻的Li⁺傳輸通道，且具有良好的均勻性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)用于鋰硫電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋰硫電池改性隔膜及其制備方法，具體涉及一種原位生長(zhǎng)羥基氧化鐵改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

電子產(chǎn)品與新能源電車(chē)的不斷發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)鋰離子電池由于有限的能量密度很難滿(mǎn)足需求，因此需要開(kāi)發(fā)出高能量密度的電池。鋰硫電池(Li-S)由于高的理論比容量(6672mAh·g^-6)和能量密度(2666Wh·kg^-6) 成為了非常有前途的候選者。然而，由于硫及其產(chǎn)物L(fēng)i₂S₂/Li₂S的絕緣性能；充放電過(guò)程體積膨脹；可溶性多硫化物的“穿梭效應(yīng)”導(dǎo)致的一系列問(wèn)題阻礙了Li-S 電池的實(shí)際應(yīng)用。其中，穿梭效應(yīng)是限制Li-S電池穩(wěn)定循環(huán)的主要因素。

隔膜是電池極其重要的組成部分，負(fù)責(zé)隔離電子和離子在兩個(gè)電極之間的傳輸。聚烯烴隔膜是Li-S電池最常用的隔膜之一，具有大量的微米級(jí)或納米級(jí)孔隙，但不可控的孔隙會(huì)導(dǎo)致多硫化物穿過(guò)通道到達(dá)鋰負(fù)極，發(fā)生不利的副反應(yīng)。此外聚烯烴隔膜存在對(duì)電解液浸潤(rùn)性差、熱穩(wěn)定性不高等一系列問(wèn)題問(wèn)題。為了消除上述聚丙烯隔膜實(shí)際應(yīng)用中的障礙，大部分研究集中在對(duì)聚烯烴隔膜進(jìn)行改性或設(shè)計(jì)夾層。這些改性隔膜大多是通過(guò)真空抽濾的物理方法制造的，而這些極性材料很容易堆累在一起，形成非常厚的夾層，阻礙鋰離子的傳輸；此外，夾層與隔膜的粘合力較弱，使其在循環(huán)過(guò)程中容易粉化脫落，導(dǎo)致改性隔膜的失效。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種原位生長(zhǎng)羥基氧化鐵改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用，制備出具有順暢鋰離子傳輸通道的多硫化物穿梭屏障的隔膜，具有良好的均勻性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)用于鋰硫電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種原位生長(zhǎng)羥基氧化鐵改性隔膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將聚丙烯隔膜進(jìn)行等離子體預(yù)處理；

步驟二、稱(chēng)取鐵源加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢柚敝镣耆芙猓纬蒄e³⁺濃度為6.67666.364mol·L^-6的黃色溶液；

步驟三、向步驟二制備的黃色溶液中加入氟化銨，調(diào)節(jié)pH至667，室溫下持續(xù)攪拌，得到澄清透明的反應(yīng)溶液；

步驟四、將步驟三制備的混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，并放入步驟一處理好的隔膜，在666666℃下水熱反應(yīng)6666h；

步驟五、冷卻反應(yīng)釜到室溫后，將所得產(chǎn)物清洗、烘干得到原位生長(zhǎng)有羥基氧化鐵的改性隔膜。

本發(fā)明還具有以下技術(shù)特征：

優(yōu)選的，所述的步驟一中等離子體預(yù)處理為將聚丙烯隔膜放入等離子清洗機(jī)中表面預(yù)處理6666min。

優(yōu)選的，步驟二中所述的鐵源包括三氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵或其結(jié)晶水合物中的任一種。

優(yōu)選的，步驟二中所述的攪拌為采用磁力攪拌器攪拌65646min。