[发明专利]一种MXene有机复合物膜及其制备方法与作为锂硫电池隔离膜的应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂硫电池隔离膜领域，具体涉及一种MXene有机复合物膜及其制备方法与作为锂硫电池隔离膜的应用。

背景技术

能源是一个国家经济发展的基础与动力，二次电池作为一种新能源受到了广泛的关注。尤其是锂离子电池，成功的应用于电脑、手机等一系列便携式电子设备中，但其发展仍不能满足大规模的储能设备。

锂硫电池的电极材料以其丰富的来源，较高的能量密度（2600 Wh /kg）成为了继锂离子电池后又一新兴能源。但是锂硫电池的发展受到了其自身材料的限制，由于充放电过程中，多硫化锂的产生及其在正负极之间的穿梭效应，使得锂硫电池的容量衰减严重，同时存在安全隐患。研究者采用不同的方法来解决这一问题。最常见的是引入纳米材料，通过其限域作用抑制多硫化锂的穿梭，同时增加正极材料的导电性。另一种方法是利用多孔碳材料或者二维的石墨烯修饰传统的隔离膜，通过物理化学吸附抑制多硫化锂的穿梭，提高锂硫电池的电化学性能。

最近，一种类石墨烯材料-MXene被成功开发出来，其具有较高的电子导电性，亲水性好，易制备等特点，将MXene应用于电化学研究，取得了令人瞩目的成绩。由于MXene中的钛原子对多硫化锂有强的吸附作用，因此，MXene有望在锂硫电池的改性上展现出更突出的应用前景。同时，科学家们在电池隔离膜这一领域也有了突破性的进展，其中聚酰亚胺这一有机聚合物膜材料，由于具有高的电解液浸润性、良好的热稳定性以及机械性能受到了广泛的关注。

这里，我们将MXene与聚酰亚胺相结合开发一种高稳定性的复合物膜材料，并用于锂硫电池隔离膜中。

发明内容

本发明的目的是为了解决现阶段锂硫电池存在的问题与缺陷而提供一种电子电导率高，电解液浸润性好，热稳定性高的MXene有机复合物膜及其制备方法。并将其成功的应用于锂硫电池隔离膜中，由于MXene对多硫化锂具有强的物理化学吸附作用，从而抑制了多硫化锂的穿梭，提升了锂硫电池的容量与循环寿命。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种MXene有机复合物膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将锂盐与酸溶液混合，得混合液；再将Ti₃AlC₂粉末加入到混合液中，搅拌均匀，得均匀液；

（2）将步骤（1）所得均匀液超声，离心, 取上层清液，干燥得到二维Ti₃C₂（MXene）粉末；

（3）将步骤（2）所得二维Ti₃C₂粉末溶解于溶剂中，超声分散，得到均匀的Ti₃C₂溶液；

（4）将二酐和二胺溶解于极性溶剂中，得到PAA溶液；再将PAA溶液进行静电纺丝，热处理后得到有机膜；

（5）将步骤（3）中得到的Ti₃C₂溶液真空抽滤在步骤（4）所得的有机膜上，干燥得到MXene有机复合物膜。

进一步地，步骤（1）中，所述锂盐为硝酸锂、硫酸锂和溴化锂中的一种；所述酸溶液为硫酸和硝酸中的一种；所述锂盐与酸溶液的质量比为1:100~150；所述Ti₃AlC₂粉末质量为100~200g。

进一步地，步骤（1）中，所述的Ti₃AlC₂粉末质量为100~200g。

进一步地，步骤（1）中，所述搅拌的温度为30~60℃。

进一步地，步骤（2）中，所述超声的时间为1~3h；所述离心的转速为3000~6000 rpm，时间为20~60 min；所述干燥的温度为50~80℃。

进一步地，步骤（3）中，所述的溶剂为水、乙醇和N,N’-二甲基甲酰胺中的一种；所述二维Ti₃C₂粉末与溶剂的质量比为1:（500~800）。

进一步地，步骤（3）中，所述超声的时间为1~3h。

进一步地，步骤（4）中，所述二酐为均苯四甲酸二酐、二苯醚二酐和联苯二酐中的一种；所述二胺为对苯二胺、邻苯二胺、二氰二胺和草酰二胺中的一种；所述二酐与二胺的质量比为（1~1.2）：1。

进一步地，步骤（4）中，所述极性溶剂为NMP（N-甲基吡咯烷酮）、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）或THF（四氢呋喃）/甲醇混合溶剂。