The invention relates to a preparation method of coated polyetherimide diaphragm and its application in lithium sulfur batteries. The non-solvent phase separation (NIPS) method was used to dissolve polyetherimide (PEI), polyvinylpyrrolidone (PVP), N N methyl pyrrolidone (NMP) in a certain proportion by mixing heating to obtain a mixed casting solution; the mixed casting solution was cast into a film; the obtained film was immersed in a mixed coagulation bath to remove the NMP in the film and then dried in vacuum to form a base film. Then two-dimensional nanometer metal oxide or sulfide coating slurry was prepared, and a thin layer of slurry was coated on the base film. After drying, polyetherimide diaphragm with coating was obtained. The method has the advantages of simple process and easy control of parameters. The physical and chemical properties of the coated polyetherimide diaphragm obtained by the method are greatly improved compared with the common commercial diaphragm, and the rate performance and cycle performance of lithium sulfur batteries equipped with the diaphragm are also improved.
【技术实现步骤摘要】
一种涂层聚醚酰亚胺隔膜的制备方法以及在锂硫电池中的应用
本专利技术属于新型隔膜材料的制备方法,特别涉及用于抑制锂硫电池“穿梭效应”的新型隔膜及其制备应用方法。
技术介绍
众所周知,电池是由正负电极、电解液以及介于正负极之间的隔膜组成。隔膜作为电池必不可少的一部分,其孔隙率、强度、热稳定性等物理性能对电池的安全性和电池装配工艺流程有严重影响。在电池中,尽管吸收了大量电解液的隔膜不参加电化学反应,但是通过控制电池的动力学过程,隔膜内部的微孔结构和高分子聚合物链段的排列结构及其化学性质对电池的安全性、循环寿命和能量密度等性能有非常严重的影响。目前,锂离子电池广泛应用于各种便携式电子设备、电动汽车中,但随着这些设备的不断发展,锂离子电池已不能满足社会的发展需要。为了进一步拓展锂离子电池的应用前景,各种体系的电池得到了研究人员的关注。锂硫电池打破了锂离子电池的常规研究,在整个能源存储领域备受关注。锂硫电池具备许多优点,资源丰富、成本低、正极材料硫的生物相容性高,理论能量值高达2600Wh/kg,但是锂硫电池存在的一些致命的缺点,阻碍了它的实际应用。目前存在的主要挑战之一是如何克服“穿梭效应”-即充放电过程中多硫化物的溶解并在正负极之间穿梭。穿梭效应不仅造成正极活性材料严重损失,还会导致电池的库伦效率和循环寿命降低。若能利用锂硫电池本身的电池结构特点,设计出一种能够有效阻挡多硫化物穿梭的隔膜,将大幅提高锂硫电池的容量性能与循环性能。聚醚酰亚胺是综合性能最佳的聚合物之一,因为它的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能优良。二维金属氧化物和硫化物这些纳米材料 ...
【技术保护点】
1.一种涂层聚醚酰亚胺隔膜的制备方法以及在锂硫电池中的应用,其特征在于:将聚醚酰亚胺(PEI)、造孔添加剂、NMP按照一定质量比进行混合后得到混合铸膜液;将混合铸膜液置于加热器中在65‑85℃下边搅拌边加热12‑24h,然后超声5‑10min,放入65‑85℃的烘箱中静置脱泡8‑12h,即得到均相铸膜液;将得到的均相铸膜液于玻璃板上流延,然后调整刮刀参数以得到不同膜厚度的隔膜;用刮刀得到不同厚度的隔膜浸入凝固浴进行分相成孔,然后静置,期间不停的更换凝固浴;将静置后隔膜于真空干燥箱中加热干燥,加热干燥温度为50‑70℃,干燥时间为8‑12h,即得到基膜;将二维金属纳米氧化物或硫化物、导电剂和粘合剂按照一定的质量比来配制料浆,放入搅拌器中搅拌均匀后,加入有机溶剂再搅拌成均匀的涂层料浆;将得到的均匀的涂层料浆均匀的涂覆在(e)步骤中得到的基膜上,然后放入真空干燥箱中干燥8‑12h,干燥温度为50‑60℃,即可得到带有涂层聚醚酰亚胺隔膜。
【技术特征摘要】
1.一种涂层聚醚酰亚胺隔膜的制备方法以及在锂硫电池中的应用,其特征在于:将聚醚酰亚胺(PEI)、造孔添加剂、NMP按照一定质量比进行混合后得到混合铸膜液;将混合铸膜液置于加热器中在65-85℃下边搅拌边加热12-24h,然后超声5-10min,放入65-85℃的烘箱中静置脱泡8-12h,即得到均相铸膜液;将得到的均相铸膜液于玻璃板上流延,然后调整刮刀参数以得到不同膜厚度的隔膜;用刮刀得到不同厚度的隔膜浸入凝固浴进行分相成孔,然后静置,期间不停的更换凝固浴;将静置后隔膜于真空干燥箱中加热干燥,加热干燥温度为50-70℃,干燥时间为8-12h,即得到基膜;将二维金属纳米氧化物或硫化物、导电剂和粘合剂按照一定的质量比来配制料浆,放入搅拌器中搅拌均匀后,加入有机溶剂再搅拌成均匀的涂层料浆;将得到的均匀的涂层料浆均匀的涂覆在(e)步骤中得到的基膜上,然后放入真空干燥箱中干燥8-12h,干燥温度为50-60℃,即可得到带有涂层聚醚酰亚胺隔膜。2.一种如权利要求1所述涂层聚醚酰亚胺隔膜的制备方法,其特征在于:所述纳米二维金属氧化物或硫化物为TiO2、Ti4O7、Ti6O11、MnO2、NiFe2O4、SiO2、Al2O3、Co3O4、ZnO、MgO、V2O5、VO2、MoO2、Co9S8、CoS2、FeS2、SnS2、MoS2中的一种,比表面积为1100-4500m2/g。3.一种如权利要求1所述涂层聚醚酰亚胺隔膜的制备方法,其特征在于:所述造孔添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、甲基纤维素、共聚维酮、聚乙烯醇...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘久清,祝方方,崔金强,
申请(专利权)人:中南大学,
类型:发明
国别省市:湖南,43
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