一种新型制造技术

本发明专利技术公开了一种新型

【技术实现步骤摘要】
一种新型2D聚合物、锂
‑
硫电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂
‑
硫电池
，具体地，涉及一种新型
2D
聚合物
、
锂
‑
硫电池隔膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂
‑
硫电池以高比容量（
~1675 mAh g
‑1）的单质硫为正极材料，同时环境友好，价格低廉，被认为是下一代极具开发前景和研究价值的高比能电池体系
。
[0003]然而，目前锂
‑
硫电池的实际应用极大受限于多硫化物的穿梭效应
、
缓慢的氧化还原动力学，以及负极侧锂枝晶生长的问题
。
多硫化物是指锂
‑
硫电池中硫与锂离子反应生成硫化锂（
Li2S
）过程中的中间产物，包括 Li2S8、Li2S6、Li2S4等
。
研发人员对锂
‑
硫电池体系进行了大量研究工作，该电池体系中的正负极
、
隔膜等各部分的关键材料都不断获得新的进展
。
研究发现，通过对锂
‑
硫电池的隔膜进行涂覆改性，有望能够抑制多硫化物的穿梭，提高硫的利用率
。
然而，致密的隔膜涂层会阻碍锂离子的有效扩散，减缓硫物质的氧化还原，降低电池的使用性能
。
[0004]现有技术公开了一种锂
‑
硫电池隔膜及其制备方法和应用，该锂
‑
硫电池隔膜由层叠贴合的隔层和隔膜组成，并通过向隔膜和隔层中分别加入不同的纳米氧化物功能颗粒实现了改性，且加入的纳米氧化物颗粒能够接触和吸附多硫化物
。
然而，采用该锂
‑
硫电池隔膜组装得到的锂
‑
硫电池，在
0.2 C
的电流下经过仅
100
圈的循环充放电测试后比容量就从最高
1200mAh/g
左右降到了
900mAh/g
以下，不仅放电比容量不够高且容量保持率不足
75%
，这说明该锂
‑
硫电池隔膜对多硫化物的穿梭所起到的抑制作用有限，因为电池的循环性能深受多硫化物穿梭的影响，且该锂
‑
硫电池隔膜上的纳米氧化物颗粒仅仅只是单纯通过物理作用“负载”在锂
‑
硫电池隔膜上，纳米颗粒与锂
‑
硫电池隔膜之间无相互作用力，因此在电池的使用过程中容易脱落；与此同时，锂枝晶的生成同样是困扰锂
‑
硫电池性能提升的一大问题，但该现有技术对锂
‑
硫电池隔膜进行的改性并不能调节锂离子的通量，因此难以抑制锂
‑
硫电池中锂枝晶的生长
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术无法对锂
‑
硫电池充放电过程中多硫化物的穿梭进行稳定且有效的抑制
、
同时难以调节锂离子通量的问题，本专利技术提供了一种新型
2D
聚合物的制备方法，采用1，3，5‑
苯三乙腈和
2,5
‑
二
[2
‑
（2‑
乙氧基乙氧基）乙氧基
]对苯甲醛作为反应物，聚合得到了一种新型
2D
聚合物，该聚合物能够通过自身的结构稳定且有效地抑制锂
‑
硫电池充放电过程中多硫化物的穿梭，同时能够通过离子
‑
偶极相互作用为
Li
+
的传导提供丰富的有效路径，调节锂离子的通量
。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述新型
2D
聚合物的制备方法制备得到的新型
2D
聚合物
。
[0007]本专利技术的又一目的在于提供一种锂
‑
硫电池隔膜
。
[0008]本专利技术的又一目的在于提供一种上述锂
‑
硫电池隔膜的制备方法
。
[0009]本专利技术的再一目的在于提供一种锂
‑
硫电池
。
[0010]本专利技术上述目的通过如下技术方案实现：一种新型
2D
聚合物的制备方法，包括如下步骤：将1，3，5‑
苯三乙腈和
2,5
‑
二
[2
‑
（2‑
乙氧基乙氧基）乙氧基
]对苯甲醛按1：（
1~2
）的摩尔比混合
、
溶解，得到反应物溶液，调节
pH
为
8~10
，在
100
～
150℃
的反应温度下充分反应，反应时间为
24~96h
，反应完成后得到新型
2D
聚合物
。
[0011]在本专利技术的具体实施方式中，两种反应物可以溶于均三甲苯
、1
，4‑
二氧六环
、
邻二氯苯中任意两种溶液复配的溶剂，溶解的过程可以是将反应物加入溶剂中后进行5～
15min
的超声处理，且在溶解反应物前先向溶剂中通入
10
～
20min
的氮气以进行除氧；上述反应可以在除氧条件下进行，除氧处理通过循环冷冻除氧的方式进行；将1，3，5‑
苯三乙腈和
2,5
‑
二
[2
‑
（2‑
乙氧基乙氧基）乙氧基
]对苯甲醛混合
、
溶解后反应体系呈酸性，为调节
pH
为
8~10
调节
pH
的试剂可以是氢氧化钾
、
氢氧化钠
、
碳酸钾
、
碳酸钠中的任意一种或多种；在充分反应后还可以进行固液分离和干燥，更具体地，固液分离可以是采用孔径
0.1
～
0.3
μ
m
的滤膜进行过滤并采用甲醇
、
四氢呋喃
、
丙酮和乙醇中的任意一种进行洗涤，干燥可以是在
60
～
80℃
下干燥
10
～
15h。
[0012]本专利技术所称新型
2D
聚合物是指从分子层面看，具有
2D
（二维）平面共轭结构的聚合物
。
[0013]1，3，5‑
苯三乙腈（
CAS
号：
80935
‑
59
‑7）中含有氰基，而
2,5
‑
二
[2
‑
（2‑
乙氧基乙氧基）乙氧基
]对苯甲醛（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种新型
2D
聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将1，3，5‑
苯三乙腈和
2,5
‑
二
[2
‑
（2‑
乙氧基乙氧基）乙氧基
]
对苯甲醛按1：（
1~2
）的摩尔比混合
、
溶解，得到反应物溶液，调节
pH
为
8~10
，在
100
～
150℃
的反应温度下充分反应，反应时间为
24~96h
，反应完成后得到新型
2D
聚合物
。2.
如权利要求1所述新型
2D
聚合物的制备方法，其特征在于，所述反应温度为
110~130℃。3.
如权利要求1所述新型
2D
聚合物的制备方法，其特征在于，所述反应时间为
70~75h。4.
一种通过权利要求
1~3
任一项所述新型
2D
聚合物的制备方法制备得到的新型
2D
聚合物
。5.
一种锂
‑
硫电池隔膜，包括载体膜以及负载在载体膜上的修饰物层，其特征在于，所述负载在载体膜上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余丁山，刘聪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：