一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯/ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂硫电池隔膜材料
，尤其涉及一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法，该氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜作为锂硫电池隔膜材料使用。

技术介绍

[0002]锂硫(Li-S)电池是一种具有超高理论比能量(2500Wh/kg)和理论比容量(1672mAh/g)的新一代可充电锂离子电池，并且用于该电池的活性物质单质硫资源丰富、成本较低、环境无污染，这使得其成为最具发展潜力的新型可充电电池之一；尽管有着如此巨大的优势，但是锂硫电池商业化应用的研究和发展仍然存在着巨大的挑战，其中最为显著的就是由活性物质硫在充放电过程中产生的可溶性的多硫化锂(LIPS)在正负极之间往复穿梭，导致容量的不断衰减和各种副反应的发生，这就是目前困扰锂硫电池最严重的穿梭效应。穿梭效应的本质在于硫的中间产物能够通过隔膜从正极迁移到负极，使得正极内可供反应的活性物质不断的减少。因此，新型隔膜材料的设计制备在解决穿梭效应的问题上具有十分巨大的潜力。
[0003]鉴于上述情况，亟待研发一种新的锂硫电池隔膜材料，其能有效抑制多硫化合物的穿梭效应，从而提高锂硫电池的电化学性能以及使用寿命。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术目的是提供一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法，采用热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜作为基膜，利用静电吸附作用依次吸附带正电荷的ZIF-8纳米颗粒和带负电荷的氧化石墨烯，在基膜表面进行层层自组装形成氧化石墨烯/ZIF-8修饰层，重复上述层层自组装过程，制得氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其具有良好的机械性能、化学稳定性等，在作为锂硫电池隔膜材料用时，能够有效抑制多硫化合物的穿梭效应，从而提高锂硫电池的电化学性能以及使用寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其特征在于，包括基膜以及多层设于所述基膜上的氧化石墨烯/ZIF-8修饰层；所述基膜为热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜；所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层包括由静电吸附力驱动在所述基膜上层层自组装的带正电的ZIF-8层和带负电的氧化石墨烯层。
[0007]优选地，所述热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜的纤维直径为0.5～0.8μm，纤维孔径为0.3～1.9μm，孔隙率为86％～92％，厚度为20～30μm。
[0008]优选地，所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层的厚度为2～10μm，所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层的层数为2～10层。
[0009]优选地，所述氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜的厚度为20～40μm。
[0010]优选地，所述氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜作为锂硫电池隔膜材料或锂离子电池隔膜材料中的应用。
[0011]本专利技术的第二方面是提供一种所述的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]S1,采用静电纺丝和热交联处理制得热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜；
[0013]S2，浸泡层层自组装，将所述热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜作为基膜，利用静电吸附将带正电荷的ZIF-8纳米颗粒和带负电荷的氧化石墨烯依次组装到所述基膜上，形成氧化石墨烯/ZIF-8修饰层，直至达到所需的氧化石墨烯/ZIF-8修饰层的层数，即可制得氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜。
[0014]优选地，所述步骤S1中具体步骤如下：
[0015]S11，采用加热搅拌的方式将聚乙烯醇溶于去离子水，在90～100℃的温度下搅拌2～8h，制得聚乙烯醇溶液；再加入聚丙烯酸，室温下搅拌12～24h，静置4～10h后得到混合纺丝液，然后所述混合纺丝液经静电纺丝得到静电纺聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜；
[0016]S12，所述静电纺聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜在100～140℃的温度下进行热交联处理，2～6h后得到热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜。
[0017]优选地，所述步骤S11中，所述聚乙烯醇、聚丙烯酸和去离子水的质量比为3～7：5～10：83～92。
[0018]优选地，所述步骤S2中，所述浸泡层层自组装过程中，所述基膜依次浸泡在ZIF-8纳米颗粒水分散液和氧化石墨烯水分散液中形成氧化石墨烯/ZIF-8修饰层；
[0019]所述ZIF-8纳米颗粒的粒径为30～80nm，所述ZIF-8纳米颗粒水分散液的浓度为5～15mg/mL，zeta电位为28～40mV；
[0020]所述氧化石墨烯水分散液的浓度为5～20mg/mL，zeta电位为-35～-20mV。
[0021]优选地，所述步骤S2中，所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层的层数为2～10层。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1.本专利技术的一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法，采用正负电荷静电吸引力的相互作用，使得ZIF-8纳米颗粒和氧化石墨烯在基膜上进行层层自组装，有序堆叠沉积形成氧化石墨烯/ZIF-8修饰层，过程简单高效、成本低，且制备效果均匀可控，能够在微纳米层级进行调控，明显优于传统的涂覆或真空抽滤的方法；
[0024]2.本专利技术的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法、应用，采用静电纺丝和热交联处理制备的热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜作为基膜，一方面为氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜提供了可靠的机械性能和水溶液稳定性，另一方面由于聚丙烯酸中存在大量的羧酸根，能够吸引分散在水中带正电荷的ZIF-8纳米颗粒，为层层自组装过程中在基膜上形成氧化石墨烯/ZIF-8修饰层提供了前提条件；
[0025]3.本专利技术的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜及其制备方法、应用，通过控制层层自组装的次数，有效控制氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜的厚度和负载量；
[0026]4.本专利技术的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜具有良好的机械性能、化学稳定性等，在作为锂硫电池隔膜材料用时，能够有效抑制多硫化合物的穿梭效应，从而提高锂硫电池的电化学性能以及使用寿命。
附图说明
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：
[0028]图1为本专利技术实施例1中制备的ZIF-8纳米颗粒的(a)扫描电子显微镜图(SEM图)和(b)粒径分布及zeta电位示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1中制备的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜(a)1μm的扫描电子显微镜图(SEM图)和(b)4μm的扫描电子显微镜图(SEM图)；
[0030]图3为本专利技术实施例1中制备的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜的X射线衍射(XRD)图谱；
[0031]图4为本专利技术实施例1中制备的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜和Celgard分别隔膜组装锂硫电池所得到的(a)倍率性能图和(b)充放电曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其特征在于，包括基膜以及多层设于所述基膜上的氧化石墨烯/ZIF-8修饰层；所述基膜为热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜；所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层包括由静电吸附力驱动在所述基膜上层层自组装的带正电的ZIF-8层和带负电的氧化石墨烯层。2.如权利要求1所述的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其特征在于，所述热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜的纤维直径为0.5～0.8μm，纤维孔径为0.3～1.9μm，孔隙率为86％～92％，厚度为20～30μm。3.如权利要求1所述的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其特征在于，所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层的厚度为2～10μm，所述氧化石墨烯/ZIF-8修饰层的层数为2～10层。4.如权利要求1所述的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其特征在于，所述氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜的厚度为20～40μm。5.如权利有要求1～4任一项所述的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜，其特征在于，所述氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜作为锂硫电池隔膜材料或锂离子电池隔膜材料中的应用。6.一种如权利要求1～4任一项所述的氧化石墨烯/ZIF-8复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1,采用静电纺丝和热交联处理制得热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜；S2，浸泡层层自组装，将所述热交联聚乙烯醇/聚丙烯酸纳米纤维膜作为基膜，利用静电吸附将带正电荷的ZIF-8纳米颗粒和带负电荷的氧化石墨烯依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓波，徐水林，
申请(专利权)人：宝武炭材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：