一种改性锂硫电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂硫电池领域，公开了一种改性锂硫电池隔膜，以聚丙烯隔膜为基底，表面修饰有由铁镍普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物与碳纳米管自组装形成的复合膜。多孔双金属磷化物能够暴露更多的活性位点，加强对可溶性多硫化物的吸附作用，有效抑制穿梭效应；多孔双金属磷化物具有丰富的孔结构，表现出良好的电解液浸润性，提升离子传导。碳纳米管形成相互交织的导电网络，缩短了电子的传输路径，提高了硫正极的利用率。改性隔膜的上述特点赋予了锂硫电池优异的倍率性能和循环稳定性，所制备的锂硫电池在0.1C放电时放电比容量达到1140mAh/g，在1C下循环100圈，放电比容量能够维持在866mAh/g。维持在866mAh/g。维持在866mAh/g。

【技术实现步骤摘要】
一种改性锂硫电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂硫电池领域，具体涉及一种改性锂硫电池隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的不断进步，电动交通工具和移动电子设备对二次电池的存储能力提出了更高的要求，亟需寻找具有高放电比容量、长循环寿命的储能器件。锂硫电池的理论比容量高达1675mAh/g，理论放电比容量高达2600Wh/kg，是极具潜力的新型二次电池候选者之一；而且，锂硫电池中的单质硫储量丰富、成本低廉、环境友好等优点，逐渐吸引了广大学者们的重点关注。然而，锂硫电池的性能提升与商业发展同样受到系列问题的制约，例如反应中间产物多硫化锂的穿梭效应容易导致低库仑效率和容量快速衰减；单质硫和不溶性Li2S/Li2S2的导电性差，不利于阴极中的电子传递，导致硫的利用率降低、硫转化的动力学减慢、电池的倍率性能变差；多硫化物之间的转化容易产生体积膨胀，破坏电极结构，引起电极片脱粉甚至脱落。
[0003]针对锂硫电池暴露的显著问题，多数研究者试图从隔膜的角度出发。传统的商用隔膜具有大量的微米或纳米孔道允许锂离子透过，但多硫化物也会从孔道中逃逸到锂负极引起副反应；此外，商业隔膜的导电性不足，离子传输速度就会变慢，导致电池容量下降或者内阻增加，影响电池的使用寿命。尽管锂硫电池的比容量和放电比容量已取得一定的研究进展，但与理论值相比还存在明显的差距。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种改性锂硫电池隔膜及其制备方法和应用，解决了现有的锂硫电池的比容量和放电比容量仍然较低问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种改性锂硫电池隔膜，所述改性锂硫电池隔膜包括基底，及在基底表面修饰的由铁镍普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物与碳纳米管自组装形成的复合膜。
[0007]进一步，所述改性锂硫电池隔膜的厚度52
‑
58μm。
[0008]进一步，以聚丙烯隔膜为基底。
[0009]本专利技术还公开了一种改性锂硫电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、制备铁镍普鲁士蓝；
[0011]步骤2、制备NH3‑
FeNi
‑
PBA：
[0012]将50～70mg铁镍普鲁士蓝FeNi
‑
PBA超声分散于50mL的乙醇溶液中，得到分散液；
[0013]向分散液中加入氨水溶液，搅拌后离心洗涤，得到NH3‑
FeNi
‑
PBA；
[0014]步骤3、制备普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物：
[0015]将NH3‑
FeNi
‑
PBA置于管式炉的下风口，次磷酸钠置于管式炉的上风口，在保护氛围下煅烧，得到多孔双金属磷化物；
[0016]步骤4、制备改性锂硫电池隔膜：
[0017]取多孔双金属磷化物和碳纳米管分散于黏结剂溶液中，获得混合浆料；
[0018]采用真空抽滤在基底上负载混合浆料，真空干燥，得到多孔双金属磷化物联合碳纳米管改性的锂硫电池隔膜。
[0019]进一步，步骤1具体包括以下步骤：
[0020]将镍盐和二水合柠檬酸钠溶于去离子水，得到混合溶液A；
[0021]将铁氰化钾溶于去离子水，得到溶液B；
[0022]将溶液B逐滴加入到混合溶液A中，搅拌、静置过夜，离心洗涤，得到铁镍普鲁士蓝FeNi
‑
PBA。
[0023]进一步，步骤3中，次磷酸钠与NH3‑
FeNi
‑
PBA质量比为15
‑
25：1，烧结温度350℃，升温速率1
‑
2℃/min。
[0024]进一步，步骤2中，氨水的浓度为5％
‑
5.7％；
[0025]步骤4中，黏结剂溶液的制备为：将黏结剂溶于N
‑
甲基吡咯烷酮，得到黏结剂溶液；黏结剂溶于N
‑
甲基吡咯烷酮的浓度为0.2
‑
0.3g/L。
[0026]进一步，步骤4中，其中碳纳米管的质量占多孔双金属磷化物和碳纳米管总质量的质量分数为25％
‑
75％。
[0027]本专利技术还公开了所述的改性锂硫电池隔膜在制备锂硫电池中的应用，所制备的锂硫电池在0.1C放电时放电比容量达到1140mAh/g，在1C下循环100圈，放电比容量能够维持在866mAh/g。
[0028]本专利技术还公开了所述的改性锂硫电池隔膜在制备纽扣电池中的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0030]本专利技术提供一种多孔双金属磷化物联合碳纳米管改性的锂硫电池隔膜，改性锂硫电池隔膜是以聚丙烯隔膜为基底，表面修饰由铁镍普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物与碳纳米管自组装形成的复合膜；其中，铁镍普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物具有高的孔隙率与大的比表面积，暴露更多的活性位点，具有较强的极性与催化性能，有助于吸附多硫化物，有效限制多硫化物的扩散，抑制穿梭效应，提升多硫化锂的转化效率，避免正极容量的损失，还能够保证电解液的浸入，增强离子传导；此外，碳纳米管自组装形成的交织导电网络，具备较强的硫吸附特性与优异的电子传导性，促进了电子传导，有效提高活性物质的利用率，提高氧化还原反应的效率；改性隔膜的上述特性赋予了锂硫电池优异的放电比容量和循环稳定性。
[0031]铁镍普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物与碳纳米管协同改性锂硫电池隔膜，抑制多硫化物的穿梭效应，提高单质硫的利用率，增强氧化还原反应的效率，获得了优异的电池性能。
[0032]本专利技术还公开了所述改性锂硫电池隔膜的制备方法，将铁镍普鲁士蓝超声分散，加入氨水，氨水与铁镍普鲁士蓝反应，蚀刻铁镍普鲁士蓝立方体八个角和内部，获得具有空腔结构的NH3‑
FeNi
‑
PBA，该结构提高了材料与电解液的亲润性，并且暴露出更多活性位点吸附多硫化物；将NH3‑
FeNi
‑
PBA置于管式炉的下风口，次磷酸钠置于管式炉的上风口，次磷酸钠作为磷源，放在在上风口产生PH3气体，与下风口处的NH3‑
FeNi
‑
PBA反应生成多孔金属磷化物；多孔双金属磷化物和碳纳米管分散于黏结剂溶液中，获得混合浆料；采用真空抽滤
在聚丙烯隔膜上负载混合浆料，真空干燥，得到多孔双金属磷化物联合碳纳米管改性的锂硫电池隔膜。
[0033]进一步，次磷酸钠与NH3‑
FeNi
‑
PBA质量比为15
‑
25：1的范围内，能够充分磷化NH3‑
FeNi
‑
PBA使其生成多孔双金属磷化物。若次磷酸钠的用量过少，磷化会不充分，前驱体不能完全转化为磷化物；用量过度造成浪费。
[0034]本专利技术还公开了所述改性锂硫电池隔膜在制备锂硫电池中的应用，所制备的锂硫电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性锂硫电池隔膜，其特征在于，所述改性锂硫电池隔膜包括基底，及在基底表面修饰的由铁镍普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物与碳纳米管自组装形成的复合膜。2.根据权利要求1所述的一种改性锂硫电池隔膜，其特征在于，所述改性锂硫电池隔膜的厚度52
‑
58μm。3.根据权利要求1所述的一种改性锂硫电池隔膜，其特征在于，以聚丙烯隔膜为基底。4.一种改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制备铁镍普鲁士蓝；步骤2、制备NH3‑
FeNi
‑
PBA：将50～70mg铁镍普鲁士蓝FeNi
‑
PBA超声分散于50mL的乙醇溶液中，得到分散液；向分散液中加入氨水溶液，搅拌后离心洗涤，得到NH3‑
FeNi
‑
PBA；步骤3、制备普鲁士蓝衍生的多孔双金属磷化物：将NH3‑
FeNi
‑
PBA置于管式炉的下风口，次磷酸钠置于管式炉的上风口，在保护氛围下煅烧，得到多孔双金属磷化物；步骤4、制备改性锂硫电池隔膜：取多孔双金属磷化物和碳纳米管分散于黏结剂溶液中，获得混合浆料；采用真空抽滤在基底上负载混合浆料，真空干燥，得到多孔双金属磷化物联合碳纳米管改性的锂硫电池隔膜。5.根据权利要求4所述的一种改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：将镍盐和二水合柠檬酸钠溶于去离子水，得到混...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明涛，张玉龙，白璟垚，沈凯飞，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：