【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池隔膜材料，涉及一种多酸基功能复合材料改性玻璃纤维隔膜的制备方法及其在电池中的应用。
技术介绍
1、室温钠硫电池由于具有高理论比容量（1675 mah/g）和高能量密度（1274 wh/g），被认为是能超越锂离子电池，并且具有巨大商业价值的下一代储能系统。此外，自然界中钠和硫资源储量丰富且制造成本低，这些优势极大地弥补了因锂资源匮乏导致的电极材料价格昂贵问题。然而，在室温钠硫电池循环过程中，一方面由于放电产生的可溶性多硫化物能穿透隔膜并在正负极之间自由迁移，会形成具有电绝缘性的na2s2/na2s，导致活性物质不断流失；另一方面，放电过程中不仅多硫化物的转化动力学缓慢且不完全，而且充电过程中na2s的活化能垒很高，这些弊端都极大地限制了室温钠硫电池的商业化应用。
2、为了解决多硫化物的“穿梭效应”和动力学转化缓慢等问题，科研人员大多致力于开发多孔纳米结构的硫宿主材料、优化电解液组分以及研发隔膜改性工程。特别是近年来研究发现，隔膜的内部结构、界面的电导率和孔径分布均是影响室温钠硫电池电化学性能的关键因素，因此，进行隔膜改性是改善钠硫电池最直接有效的方法之一。将功能性材料修饰于隔膜之上，通过物理屏障、化学吸附以及催化等作用来有效阻断可溶性多硫化物的穿梭及加速其转化动力学，从而可实现高能量密度以及长循环寿命的室温钠硫电池。此外，合理设计的改性隔膜对电池的重量和体积影响很小，因此对电池质量能量密度和体积能量密度的影响也可以忽略不计。
3、隔膜作为室温钠硫电池的重要组成部分，具有多重功能与作用，既为
4、目前，室温钠硫电池隔膜主要以玻璃纤维隔膜为主，但玻璃纤维隔膜的孔隙过于丰富，孔径大小可使可溶性多硫化物随意穿梭在正负极之间，造成活性物质硫的巨大损失，这种严重的“穿梭效应”是室温钠硫电池商业化应用的最大阻碍；另外，目前适用于室温钠硫电池的隔膜机械强度低、电解液浸润性差、不利于钠离子的快速传输，并且稳定性差，使用寿命短。因此对商业化隔膜进行针对性的功能化改性至关重要，而玻璃纤维隔膜表面改性的关键就是寻找功能性适宜的材料。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种多酸基功能复合材料改性玻璃纤维隔膜的制备方法及其在电池中的应用，实现以下专利技术目的：制备的改性玻璃纤维隔膜，提升对电解液的浸润性，具有较好的可逆容量，具有优异的电化学循环稳定性，使用寿命长。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种多酸基功能复合材料改性玻璃纤维隔膜的制备方法，所述多酸基功能复合材料为co-ncs/pw10v2；所述制备方法为将co-ncs/pw10v2、导电炭黑和聚偏氟乙烯按质量比为（1.8-2.2）：（1.3-1.7）：1混合，研磨之后添加n-甲基吡咯烷酮继续研磨，获得均匀混合的浆料，将浆料均匀地涂覆在商用玻璃纤维隔膜的一侧，浆料的涂覆量为0.5-0.54mg/cm2，干燥后得到改性玻璃纤维隔膜。
4、所述浆料的粒径控制在300 nm以下；所述聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮的质量体积比为9-11mg:1ml。
5、所述商用玻璃纤维隔膜，厚度为200-300μm。
6、所述co-ncs/pw10v2的制备方法为将co-ncs分散在去离子水中，得到co-ncs的分散液，将pw10v2的甲醇溶液倒入co-ncs的分散液中，持续搅拌11.5-12.5小时，然后将混合溶液加热至138-142℃，恒温反应15.5-16.5小时，冷却至室温后，分离产物，经洗涤、干燥后得到co-ncs/pw10v2。
7、所述co-ncs和pw10v2的质量比为0.18-0.22:1。
8、所述co-ncs的分散液中，co-ncs与去离子水的质量体积比为7.8-8.2mg:1ml；所述pw10v2的甲醇溶液中，pw10v2与甲醇的质量体积比为0.1-0.14g:1ml。
9、所述洗涤、干燥的方法为用甲醇和去离子水分别洗涤3次，最后将所得产物在78-82℃下真空干燥11.5-12.5小时。
10、所述co-ncs的制备方法为将zif-67在惰性气体中以9-11℃/min的升温速率加热至648-652℃并保温2.9-3.1小时，得到co-ncs。
11、所述制备方法制备得到的改性玻璃纤维隔膜在电池中的应用。
12、与现有技术相比，本专利技术取得以下有益效果：
13、1. 与目前商业化的玻璃纤维隔膜（接触角为56.25°）相比，本专利技术制备的改性隔膜对电解液的浸润性效果显著提高（接触角为11.72°），可极大地促进钠离子的迁移速率。
14、2. 本专利技术制备的改性隔膜具有优异的阻止可溶性多硫化物迁移的能力，具有催化活性，能够有效促进多硫化物的转化动力学。
15、3. 采用本专利技术改性隔膜组装的室温钠硫电池具有出色的可逆容量，10 c的超高放电倍率下，能达到826.3 mah/g的初始放电比容量，而商业玻璃纤维隔膜在10 c的放电倍率下其初始放电比容量仅为228 mah/g；
16、采用本专利技术改性隔膜组装的室温钠硫电池表现出优异的电化学循环稳定性，在0.5 c的电流密度下稳定循环150次后仍具有928 mah/g的放电比容量，而商业化玻璃纤维隔膜在0.5 c的放电倍率下循环150圈后仅剩192 mah/g的放电比容量；在5 c的放电倍率下，使用改性隔膜的室温钠硫电池在充电/放电循环长达4000次后，仍然具有531 mah/g的优异放电比容量，其中每圈的容量衰减率仅为0.011 %，并且容量保持率高达98.3 %；即使在10 c的超高放电倍率下循环4000圈后，具有改性隔膜的室温钠硫电池也能保持437 mah/g的放电比容量，而商业玻璃纤维隔膜在充电/放电循环900圈后仅剩100 mah/g的放电比容量。
17、4. 本专利技术制备的改性隔膜采用涂覆法进行改性，制备工艺简单、成本低廉、易于产业化，极具商业应用价值。
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1.一种多酸基功能复合材料改性玻璃纤维隔膜的制备方法，其特征在于：所述多酸基功能复合材料为Co-NCs/PW10V2；所述制备方法为将Co-NCs/PW10V2、导电炭黑和聚偏氟乙烯按质量比为（1.8-2.2）：（1.3-1.7）：1混合，研磨之后添加N-甲基吡咯烷酮继续研磨，获得均匀混合的浆料，将浆料均匀地涂覆在商用玻璃纤维隔膜的一侧，浆料的涂覆量为0.5-0.54mg/cm2，干燥后得到改性玻璃纤维隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浆料的粒径控制在300 nm以下；所述聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为9-11mg:1mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述Co-NCs/PW10V2的制备方法为将Co-NCs分散在去离子水中，得到Co-NCs的分散液，将PW10V2的甲醇溶液倒入Co-NCs的分散液中，持续搅拌11.5-12.5小时，然后将混合溶液加热至138-142℃，恒温反应15.5-16.5小时，冷却至室温后，分离产物，经洗涤、干燥后得到Co-NCs/PW10V2。
4.根据权利要求3
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述Co-NCs的分散液中，Co-NCs与去离子水的质量体积比为7.8-8.2mg:1mL；所述PW10V2的甲醇溶液中，PW10V2与甲醇的质量体积比为0.1-0.14g:1mL。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述洗涤、干燥的方法为用甲醇和去离子水分别洗涤3次，最后将所得产物在78-82℃下真空干燥11.5-12.5小时。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述Co-NCs的制备方法为将ZIF-67在惰性气体中以9-11℃/min的升温速率加热至648-652℃并保温2.9-3.1小时，得到Co-NCs。
8.权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到的改性玻璃纤维隔膜在电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多酸基功能复合材料改性玻璃纤维隔膜的制备方法，其特征在于：所述多酸基功能复合材料为co-ncs/pw10v2；所述制备方法为将co-ncs/pw10v2、导电炭黑和聚偏氟乙烯按质量比为（1.8-2.2）：（1.3-1.7）：1混合，研磨之后添加n-甲基吡咯烷酮继续研磨，获得均匀混合的浆料，将浆料均匀地涂覆在商用玻璃纤维隔膜的一侧，浆料的涂覆量为0.5-0.54mg/cm2，干燥后得到改性玻璃纤维隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浆料的粒径控制在300 nm以下；所述聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮的质量体积比为9-11mg:1ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述co-ncs/pw10v2的制备方法为将co-ncs分散在去离子水中，得到co-ncs的分散液，将pw10v2的甲醇溶液倒入co-ncs的分散液中，持续搅拌11.5-12.5小时，然后将混合溶液加热至138-142℃，恒温反应15.5-16.5小时，冷却至室温...
【专利技术属性】
技术研发人员：高广刚，张家源，刘红，范林林，张春晖，王梦琦，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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