【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂硫电池隔膜改性，具体涉及一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着可再生能源的快速发展和电动汽车市场的增长，对高能量密度、低成本、环保的电池技术需求日益增加。锂硫电池因其极高的理论能量密度(约2600wh·kg1)，被视为下一代储能技术的重要候选者。
2、锂硫电池是一种具有高能量密度和低成本潜力的新型电池，但实际应用中由于多硫化锂(lips)的穿梭问题及缓慢的反应进程，电池的循环耐久性和能量利用效率遭到了严重削弱。lips在充放电过程中容易溶解于电解液中并穿梭于正负极之间，造成容量衰减和短路风险。研究人员一直在探索各种策略来解决这些挑战，如使用纳米结构硫复合材料、设计先进的电解质和隔膜、改进正极材料。
3、隔膜在锂硫电池中起着关键作用，具有隔离正负极、传递锂离子的作用，通过优化隔膜的设计和材料选择，可以有效减少多硫化物的穿梭，而金属有机框架材料(mofss)由于其结构可控、孔径可调进入了人们的视野。利用mofs材料对锂硫电池的隔膜进行改进，通过物理限制或化学吸附束缚多硫化锂、催化多硫化锂转化等方式来抑制穿梭效应，提高电池的稳定性和安全性，为锂硫电池的研究和应用带来了新的可能性。mofs可以作为硫宿主材料，电极材料的添加剂，或者用于构建固态电解质，以改善锂硫电池的循环稳定性和能量密度。mofs的孔道结构可以为硫提供足够的存储空间，而其表面功能团可以与硫或多硫化物形成强相互作用，提高硫的利用率。
4、申请号为“202311403058.
技术实现思路
1、本专利技术提供一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜及其制备方法和应用以解决现有技术中存在的不能实现对于锂硫电池的致命问题多硫化物穿梭的改进和电池性能不理想的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案：一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一：称取5-氨基四唑和联苯二甲酸置于聚四氟乙烯反应釜，加入甲醇和n，n-二甲基甲酰胺的混合溶液，室温搅拌至溶液均匀透明后，加入锌盐固体继续搅拌，待固体全部溶解后加入四甲基氢氧化铵，置于反应釜反应，冷却至室温后取出，用甲醇洗涤后干燥，获得淡黄色晶体材料；
4、步骤二：将步骤一得到的淡黄色晶体材料与粘结剂、导电炭黑精细研磨并混合均匀，然后逐步加入n-甲基吡咯烷酮溶液，持续搅拌合成粘稠的浆料；
5、步骤三：采用涂敷法将步骤二制备的浆料均匀涂在pp隔膜表面，然后将隔膜置于真空干燥箱中干燥，得到表面均匀的隔膜。
6、进一步的，上述步骤一中，5-氨基四唑和联苯二甲酸的摩尔比为1：1，甲醇与n,n-二甲基甲酰胺溶液的体积比为1：1。
7、进一步的，上述步骤一中的锌盐为六水合硝酸锌、乙酸锌或氯化锌。
8、进一步的，上述步骤二中的导电炭黑为科琴黑、super p或乙炔黑，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酸。
9、进一步的，上述步骤三中涂敷的厚度为50～150nm。
10、进一步的，上述步骤三真空干燥时温度为50℃～70℃，时间不少于6h。
11、进一步的，上述制备方法制备所得的电池隔膜。
12、进一步的，上述电池隔膜在锂硫电池中的应用。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
14、1)本专利技术通过水热法制备杂化沸石材料，加入氨基四唑和联苯二甲酸配体形成了层柱状晶体，具有较大的尺寸孔径，制备功能性隔膜应用于锂硫电池，能够促进锂离子的转移，抑制多硫化物的穿梭，稳定正极与电解液界面的相互作用，提高电池的循环稳定性。
15、2)本专利技术利用水热法合成三维氮唑型mofs材料，制备的材料含有长链段的羧酸配体，具有较大的孔隙，以及四氮唑与羧基双功能离子传输通道，其中的多氮唑基团和羧酸基团都能与多硫化物中的硫原子形成稳定的化学键，如氢键、静电相互作用或配位作用。这种增强的化学吸附能力有助于固定多硫化物，减少它们在电解液中的溶解和迁移。通过合理的合成方法，制备出具有高度有序孔道结构和丰富表面官能团的杂化沸石材料；所述羧酸基团能够与锂盐和溶剂形成良好的相互作用，有助于调节隔膜与电解液之间的相容性，促进锂离子的传输，同时减少界面阻抗，提高电池的电化学性能。
16、3)为了增强隔膜对多硫化锂穿梭效应的抑制能力，本专利技术所合成的金属有机框架结构具有孔结构，联苯二甲酸配体的长链段提供了大的分子孔道，增加了孔隙率和窗口尺寸，有利于锂离子的传输，诱导锂金属界面的均匀沉积。加入联苯二甲酸，不仅有效提升了材料内部的孔隙度和总的表面积，还极大地增加了电化学反应的活性界面，这对提高硫元素的活性利用率及电池的能量存储密度具有重要推动作用。
17、4)本专利技术在制备好的氮唑型mofs材料通过涂覆，形成一层或多层功能性隔膜，沸石材料均匀分布在隔膜上，即可形成一个既能阻挡多硫化锂穿梭又能促进锂离子迁移的界面。
18、5)本专利技术调控氮唑型mofs孔道结构，材料含有长链段的羧酸配体，具备四氮唑与羧基双功能离子传输通道，增强了与多硫化物的化学吸附能力，减少了它们在电解液中的溶解和迁移，明确指出了电化学性能的提升，包括循环稳定性的提高，这归因于mofs材料的孔道结构和表面官能团的合理设计，有助于稳定正极与电解液界面的相互作用。本专利技术的实验数据证实材料在电池中应用更好，电化学阻抗图显示了较小的弧曲率半径，这意味着催化剂界面上的电荷转移更快，电池性能更优。
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1.一种调控氮唑型MOFs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种调控氮唑型MOFs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，5-氨基四唑和联苯二甲酸的摩尔比为1：1，甲醇与N,N-二甲基甲酰胺溶液的体积比为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种调控氮唑型MOFs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤一中的锌盐为六水合硝酸锌、乙酸锌或氯化锌。
4.根据权利要求1-3任意权利要求所述的一种调控氮唑型MOFs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤二中的导电炭黑为科琴黑、Super P或乙炔黑，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或聚丙烯酸。
5.根据权利要求4所述的一种调控氮唑型MOFs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤三中涂敷的厚度为50~150nm。
6.根据权利要求5所述的一种调控氮唑型MOFs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤三真空干燥时温度为50 ℃~70 ℃，时间不少于6 h。<...
【技术特征摘要】
1.一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，5-氨基四唑和联苯二甲酸的摩尔比为1：1，甲醇与n,n-二甲基甲酰胺溶液的体积比为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤一中的锌盐为六水合硝酸锌、乙酸锌或氯化锌。
4.根据权利要求1-3任意权利要求所述的一种调控氮唑型mofs孔道结构的改性锂硫电池隔膜的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文欢，贺文杰，张亚男，陈卓，王顺，田园园，崔沛玉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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