一种锂硫电池隔膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池隔膜的制备方法，主要包括如下步骤：1)用煅烧方法获得石墨相氮化碳；2)用研磨、剥离等方法减小石墨相氮化碳的尺寸；3)通过加入添加剂或嫁接功能团改善石墨相氮化碳的物理化学特性；4)利用刮涂、旋涂等方式获得基于石墨相氮化碳的薄膜材料。与现有隔膜相比，本发明专利技术制备过程简单，原料成本低、性能调节扩展性强的特点，适合规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池隔膜的制备方法
本专利技术涉及一种锂硫电池隔膜的制备方法。
技术介绍
锂硫电池是一种新型的锂离子电池。相较于传统的锂离子电池，锂硫电池具有能量密度高、原料来源广泛、环境友好的特点。上述优势对于减少化石燃料的使用以及推动电动汽车等方面的应用具有极大的理论和应用价值。锂硫电池的理论比容量和比能量很高，分别为1675mAh/g和2600Wh/Kg，远高于已经商业化的传统的基于LiCoO2、LiFeO4、LiNiO2等电极材料的锂离子电池，后者能量密度约为150-200Wh/Kg。但是，锂硫电池的实际比容量还和理论值有一定差距，容量衰减快、循环寿命短等因素限制的锂硫电池进一步的商业化应用。作为锂硫电池正极材料的硫单质在充放电过程中会产生中间相Li2Sx(x＝2～8)，中间相Li2Sx会溶解到电解液中，并在充放电过程中穿梭于正负极之间，导致有效电极材料的损失，即所谓的“穿梭效应”。“穿梭效应”严重降低了锂硫电池的循环稳定性。目前，抑制中间相多硫化锂溶解到电解液中的方法主要有如下几种：(1)利用一些具有巨大表面积和丰富空洞结构的纳米结构材料对单质硫颗粒进行包覆，阻碍多硫化物的移动；(2)通过加入一些极性化学添加剂，利用极性Li2Sx和极性基底之间的化学键合力将Li2Sx吸附在正极材料的表面；(3)在正极和负极之间引入一层由石墨烯、碳纳米管等构成的极性隔膜来实现对Li2Sx的阻挡。但这些方法存在或操作复杂，或成本高，或耗时长等不足。因此，开发一种高效率，低成本地抑制Li2Sx“穿梭效应”的方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于石墨相氮化碳(g-C3N4)隔膜提升锂硫电池循环寿命的方法。该方法克服了现有的隔膜存在的离子传输效率低、制备成本高、耗时长等弊端，具有制备过程简单、原料成本低、性能调节扩展性强的特点，适合规模化生产。本专利技术通过以下技术方案得以实现：(1)在升温速率为0.5℃·min-1～20℃·min-1的条件下，将一些含氮氧元素的前驱体升温至500～600℃，并保温1-4h，然后自然冷却降温至室温，得到g-C3N4。其中氮氧化物前驱体可以是三聚氰胺、硫脲、二氰二胺、尿素等。反应气氛为空气或惰性气体；(2)将(1)得到的g-C3N4进行研磨或剥离，得到颗粒减小的微纳米尺度的g-C3N4。(3)以(2)所得的g-C3N4纳米材料为主要成分，通过抽滤、刮涂或旋涂的方式，制成厚度为0.1-3mm的薄膜；(4)将所得薄膜通过剪裁成合适的尺寸，放置于锂硫电池正极材料与绝缘隔膜之间，进行使用。附图说明图1为实施例1中制备的g-C3N4的XRD图谱。图2为实施例1中制备的g-C3N4/pp复合隔膜照片。图3为实施例2中制备的GO/g-C3N4的XRD图谱。图4为实施例2中制备的GO/g-C3N4/pp复合隔膜照片。具体实施方式以下结合实例进一步说明本专利技术，但并不作为本专利技术的限定。实施例1取5g二氰二胺置于带盖的坩埚中，以10℃min-1的升温速率升温至550℃，并在此温度保温2h。取出所得g-C3N4样品后，球磨6h得到细化的g-C3N4。称取0.18g的g-C3N4、0.02g的聚偏氟乙烯(pvdf)、0.5g的N甲基吡咯烷酮(NMP)充分混合制浆。利用150μm刮刀均匀地将所得浆料涂覆到聚丙烯(pp)隔膜(Cegard2500)，80度烘干。根据需要裁剪成所需要的尺寸。制备所得的g-C3N4的XRD图谱见图1，其XRD图谱上有g-C3N4的(100)和(002)特征峰，在2θ分别为13.1°和27.4°，没有其他杂相峰。制备所得g-C3N4/pp复合隔膜的照片见图2，一面显现为g-C3N4所呈现的黄色，另一面为pp膜原始的白色，可看到涂覆均匀完整，呈双层结构，贴合紧密。实施例2取5g二氰二胺置于带盖的坩埚中，以10℃min-1的升温速率升温至550℃，并在此温度保温2h。取出所得g-C3N4样品后，球磨6h得到细化的g-C3N4。利用化学剥离方法得到氧化石墨烯(GO)，称取0.18g的g-C3N4/GO(质量比为1:1)、0.02g的聚偏氟乙烯(pvdf)、0.5g的N甲基吡咯烷酮(NMP)充分混合制浆。利用150μm刮刀均匀地将所得浆料涂覆到聚丙烯(pp)隔膜(Cegard2500)，80度烘干。根据需要裁剪成所需要的尺寸。制备所得的GO/g-C3N4的XRD图谱见图3，可以观察到XRD图谱上位于10°左右的GO晶面特征峰以及分别位于13.1°和27.4°的g-C3N4(100)和(002)晶面特征峰，同时没有观察到其他杂相峰。制备所得GO/g-C3N4/pp复合隔膜的照片见图4，一面显现为g-C3N4所呈现的褐色，另一面为pp膜原始的白色，可看到涂覆均匀完整，呈双层结构，贴合紧密。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，由下列步骤组成：(1)在一定升温速度下，将前驱体材料在一定气氛中升温至一定温度并保温一定时间，然后自然降温冷却，其中前驱体材料可为三聚氰胺、硫脲、二氰二胺、尿素以及它们的混合物；(2)将步骤(1)所得产物，进行研磨或剥离以减小产物颗粒尺寸，其中剥离方式可为化学剥离法和物理剥离法；(3)将步骤(2)所得产物与添加剂均匀混合，其中添加剂可为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、聚偏氟乙烯、N甲基吡咯烷酮、水、乙醇；(4)将步骤(3)所得产物通过一定方式制膜，制膜方式可为抽滤、旋涂、刮涂；(5)将步骤(4)所得产物干燥并进行裁剪成一定形状和尺寸，使用时放置于锂硫电池正极和绝缘隔膜之间。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，由下列步骤组成：(1)在一定升温速度下，将前驱体材料在一定气氛中升温至一定温度并保温一定时间，然后自然降温冷却，其中前驱体材料可为三聚氰胺、硫脲、二氰二胺、尿素以及它们的混合物；(2)将步骤(1)所得产物，进行研磨或剥离以减小产物颗粒尺寸，其中剥离方式可为化学剥离法和物理剥离法；(3)将步骤(2)所得产物与添加剂均匀混合，其中添加剂可为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、聚偏氟乙烯、N甲基吡咯烷酮、水、乙醇；(4)将步骤(3)所得产物通过一定方式制膜，制膜方式可为抽滤、旋涂、刮涂；(5)将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱开兴，李东胜，李镇江，刘静，孟阿兰，王文军，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37