本发明专利技术涉及一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，所述锂硫电池隔膜材料为一种生长于碳布上的3D有序金属有机框架材料3Dzif8@CC。该方法通过制备PS微球，制备生长于碳布上的3D有序介孔ZIF8材料以及去除PS微球三个步骤来实现隔膜材料的制备，简化了隔膜材料的生产工艺，且克服了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显、锂硫电池的体积膨胀效应显著和电池的电化学性能不稳定等缺陷。
A preparation method of membrane material for lithium sulfur battery
【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池隔膜材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，更具体地涉及一种生长于碳布上的3D有序金属有机框架材料3Dzif8@CC的制备方法，属于材料化学领域。
技术介绍
能源与环境问题是当今世界面临的两大课题，在过去工业化的进程中，粗犷的发展模式已造成能源的极度浪费和环境的严重破坏。为了解决上述问题，新能源产业的发展势在必行。最具代表性的风能和太阳能技术，已经得到政府的大力支持并稳定发展。但风能和太阳能资源具有不稳定性，因此能量的存储问题则成为新能源产业无法忽视的关键环节，储能电池是解决能量存储问题理想的选择。在储能电池中，锂离子电池最早出现在上世纪90年代，由于具有安全性能好、能量密度高和绿色环保等优点占据了绝对的市场份额。但传统的锂离子电池受限于自身物化性能，在能量密度上很难有大的突破，无法满足电动汽车等设备的需求，因此开发新型动力电池成为大幅度提高能量密度的主要途径。锂硫电池的理论能量密度高达2600Wh/kg，是传统锂离子电池的3～5倍，是一种非常具有应用前景的储能体系。尽管与许多二次电池相比，锂硫电池优势明显，但现在仍处于研发阶段，未能实现工业化生产和大规模应用。主要因为目前锂硫电池可实现的能量密度远低于理论值，电池存在活性物质利用率低，容量衰减快，循环寿命短等问题。其中，穿梭效应尤为明显。穿梭效应，由硫正极生成的长链多硫化物，溶解在电解液中，由于浓度差的影响，穿过隔膜与锂负极发生反应，生成Li2S2、Li2S和短链多硫化物。在充电过程中，短链多硫化物返回正极，被氧化成长链多硫化物。多硫化物在正负极之间的往返迁移，被称为“穿梭效应”而Li2S2和Li2S会沉积在锂负极的表面，生成钝化层，消耗了活性物质的同时造成了对锂负极的腐蚀。为了解决上诉问题，研究将隔膜改性处理已被证明能够显着抑制多硫化物的穿梭效应，起到捕获多硫化物的作用，有技术虽然在一定程度上改善了锂硫电池的性能，但普遍存在的缺点是：电池的电化学性能不稳定，比容量不够高，多硫化物的穿梭效应依旧明显，锂硫离子电池的体积膨胀显著，操作难度大，生产成本高。
技术实现思路
针对当前技术存在的不足，本专利技术提供一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，所述锂硫电池隔膜材料为一种生长于碳布上的3D有序金属有机框架材料3Dzif8@CC。制备得到的3Dzif8@CC，克服了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显、锂硫电池的体积膨胀效应显著和电池的电化学性能不稳定等缺陷，提高了隔膜材料的性能，简化了生产工艺。一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：第一步：制备PS球：将10-20g苯乙烯和10-20g的聚乙烯吡咯烷酮，质量比为1:1，加入50-100mL去离子水中，搅拌2-5小时，随后圆底烧瓶中油浴搅拌2小时，油浴温度为70-80℃，搅拌12-24小时。随后以800rad/min的转速离心3次，60-80℃烘干后，得到PS球。第二步：制备生长于碳布上的3D有序ZIF8材料将5-10mmol六水合硝酸锌分散于125-250ml甲醇中，记为A液，将20-40mmol2-甲基咪唑分散于125-250ml甲醇中，记为B液；将B液加入等体积的A液中，再加入第一步制得的PS球1-2g，搅拌3-5min至均匀。将一块干净的碳布放入上述混合液中，封口静置，老化24h后，将碳布取出，采用乙醇洗涤3次，于60-80℃干燥过夜，即得到生长于碳布上的3D有序ZIF8材料，记为3D-ps-zif8@CC。第三步：去除PS球将第二步得到的3D-ps-zif8@CC置于管式炉下，于Ar气氛下升温到600-700℃，保温1-2h，随后自然降温，升温速度1-2℃/min，得到3D有序金属有机框架材料，即3Dzif8@CC。优选的，上述步骤中的搅拌均为磁力搅拌，转速为100～300r/min。本专利技术方法所具有有益效果如下：本专利技术利用简单的试验方法和工艺步骤制备出有序的3Dzif8@CC材料，该材料中的孔可以很好的吸附多硫化物，提高硫的利用率。本专利技术中MOF生长于C布上，是一种于基材上长MOF作为锂硫电池夹层材料的方法，并且碳布的利用增强了材料的导电性，相当于第二个集流体。该结构可以很好抑制体积膨胀，控制充放电中的结构塌陷，提高活性物质的利用率，增强电化学性能。上述锂硫电池夹层材料的制备方法，其中所涉及到的原材料均通过商购获得，所用的设备和工艺均是本
的技术人员所熟知的。附图说明图1为采用实施例1所制得的3Dzif8@CC材料作为interlayer材料时的循环性能。图2为采用实施例2所制得的3Dzif8@CC材料作为interlayer材料时的倍率性能。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1第一步：制备PS球将10g苯乙烯和10g的聚乙烯吡咯烷酮加入50mL的去离子水中，搅拌2小时，随后置于圆底烧瓶中油浴搅拌，油浴温度为70℃，搅拌时间为12小时。随后以800rad/min的转速离心3次，60℃烘干后，就得到了PS球。第二步：制备生长于碳布上的3D有序介孔ZIF8材料将5mmol六水合硝酸锌分散于125ml甲醇中，记为A液，将20mmol2-甲基咪唑分散于125ml甲醇中，记为B液；将B液加入A液中，再加入第一步制得的PS球1g，搅拌3min至均匀。将一块干净的碳布(2*2cm)放入上述混合液中，封口静置，老化24h后，将碳布取出，采用乙醇洗涤3次，于60℃干燥过夜，即得到生长于碳布上的3D有序ZIF8材料，记为3D-ps-zif8@CC。第三步：去除PS球将第二步得到的3D-ps-zif8@CC置于管式炉下，Ar气氛下升温到600升，保温1小时，其中，升温速度为1温速度降温。随后自然降温，得到3Dzif8@CC。以纯硫为正极材料，以金属锂为对电极和参比电极，加入锂硫电解液，此改性隔膜为隔膜，在充满氩气的手套箱中组装CR2025扣式电池。如图1所示，所述隔膜材料对多硫化物具有很好的阻碍和吸附效果，首圈的放电比容量在1500mAh/g左右，在电流密度为0.2C的情况下，100次循环之后，其放电比容量依旧稳定在1100mAh/g左右，充分表明了该材料在阻碍多硫化锂的穿梭效应上有很好的效果。实施例2第一步：制备PS球将20g苯乙烯和20g的聚乙烯吡咯烷酮加入100mL的去离子水中，搅拌5小时，随后置于圆底烧瓶中油浴搅拌，油浴温度为80℃，搅拌时间为24小时。随后以800rad/min的转速离心3次，80℃烘干后，就得到了PS球。第二步：制备生长于碳布上的3D有序介孔ZIF8材料将10mmol六水合硝酸锌分散于250ml甲醇中，记为A液，将40mmol2-甲基咪唑分散于250ml甲醇中，记为B液；将B液加入A液中，再加入第一步制得的PS球2g，搅拌5min至均匀。将一块干净的碳布(2*2c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，所述隔膜材料为生长于碳布上的三维有序介孔ZIF8材料3Dzif8@CC，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步：制备PS球/n将10-20g苯乙烯和10-20g的聚乙烯吡咯烷酮加入50-100mL去离子水中，搅拌2-5小时，随后置于圆底烧瓶中油浴搅拌，油浴温度为70-80℃，搅拌为12-24小时，随后离心分离，干燥即得PS球；/n第二步：制备生长于碳布上的有序ZIF8材料/n将5-10mmol六水合硝酸锌分散于125-250ml甲醇中，记为A液，将20-40mmol 2-甲基咪唑分散于125-250ml甲醇中，记为B液，将B液加入等体积的A液中，再加入第一步制得的PS球1-2g，搅拌3-5min至均匀，将一块干净的碳布放入上述混合液中，封口、静置老化，将碳布取出，采用乙醇洗涤3次，于60-80℃干燥过夜，即得到ps-zif8@CC；/n第三步：去除PS球/n将第二步得到的ps-zif8@CC置于管式炉中，于Ar气氛下升温到600-700℃，保温1-2h，随后自然降温，得到3Dzif8@CC。/n
【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，所述隔膜材料为生长于碳布上的三维有序介孔ZIF8材料3Dzif8@CC，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：制备PS球
将10-20g苯乙烯和10-20g的聚乙烯吡咯烷酮加入50-100mL去离子水中，搅拌2-5小时，随后置于圆底烧瓶中油浴搅拌，油浴温度为70-80℃，搅拌为12-24小时，随后离心分离，干燥即得PS球；
第二步：制备生长于碳布上的有序ZIF8材料
将5-10mmol六水合硝酸锌分散于125-250ml甲醇中，记为A液，将20-40mmol2-甲基咪唑分散于125-250ml甲醇中，记为B液，将B液加入等体积的A液中，再加入第一步制得的PS球1-2g，搅拌3-5min至均匀，将一块干净的碳布放入上述混合液中，封口、静置老化，将碳布取出，采用乙醇洗涤3次，于60-80℃干燥过夜，即得到ps-zif8@CC；
第三步：去除PS球
将第二步得到的ps-...
【专利技术属性】
技术研发人员：钊妍，张俊凡，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。