[发明专利]一种复合隔膜材料及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 201910506724.6 申请日: 2019-06-12
公开(公告)号: CN112086607B 公开(公告)日: 2021-10-15
发明(设计)人: 曹占芳;钟宏;王帅 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: H01M50/449 分类号: H01M50/449;H01M50/431;H01M50/403;H01M10/0525
代理公司: 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 代理人: 盛武生;魏娟
地址: 410083 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 复合 隔膜 材料 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明属于电池材料领域,具体公开了一种聚合物@二维材料改性层状双金属氢氧化物复合隔膜材料,包括聚合物膜材,以及复合在聚合物膜材中的活性材料;所述的活性材料为所述的二维材料改性层状双金属氢氧化物,其包括层状双金属氢氧化物,以及原位生长在其表面的二维材料;其中,所述的二维材料为二硒化钼、二硒化钨、二硫化钼、二硫化钨中的至少一种。本发明还提供了所述的隔膜的制备和在锂硫电池中的应用。本发明所述的全新材料,可以有效解决二维材料边界效应,可以开放更多活性位点,且避免团聚,将其添加至电池隔膜中,能够出人意料地改善其性能,例如改善其载硫量和对多硫化合物的催化降解性,提升电池性能。

技术领域

本发明涉及电池领域,具体涉及一种用于锂硫电池的聚合物@二维材料改性层状双金属氢氧化物复合隔膜材料。

背景技术

开发绿色环保且具有高能量密度和长循环寿命的新一代二次电池体系越来越具有重要意义和价值。近年来,锂硫电池作为一种新型锂电池越来越受到重视,其具有的理论比容量高达1675mAH g-1,理论比能量高达2500Wh Kg-1;此外,正极活性物质硫的来源也比较广泛、价格低廉。然而,现阶段锂硫电池存在一些问题,导致其还未能广泛进入人们的日常生活。其中较为严重的一个问题就是锂硫电池的“穿梭效应”。锂硫电池隔膜能起到阻止电池内部短路和提供锂离子迁移通路的作用。但在锂离子自由穿过隔膜的同时,溶解于锂硫电池电解液中的多硫化物离子也会扩散通过隔膜到达锂负极,进而发生不可逆的副反应,严重降低电池的稳定性和电池容量。所以对锂硫电池隔膜进行共功能化修饰,在实现锂离子迁移通路功能的同时避免过多硫化物扩散成为提升锂硫电池性能的关键之一。

在锂硫电池的制备中,所用的隔膜大多为商业化的聚丙烯(PP)为主的聚烯烃类隔膜,其合适的孔径结构有利于锂离子的迁移,然而,聚烯烃类隔膜并不能从根本上有效解决多硫化物的迁移现象。Song等对PP隔膜进行了双层改性,在正对硫正极一侧涂覆石墨烯层,在锂负极一侧涂覆氧化铝层,用以提高电池的电化学性能。Li等通过等离子体技术,利用氧气对商用PP隔膜进行处理,使得隔膜带有一定量的羟基和羧基,从而一定程度上提高电池的电化学性能。

尽管目前的隔膜改性等研究能够一定程度上提升锂硫电池性能,但并不能从根本上解决电解质中多硫化物的累积和迁移问题。

发明内容

针对以上背景技术中提到的不足和缺陷,本发明的第一个目的在于,提供一种聚合物@二维材料改性层状双金属氢氧化物的复合隔膜材料(本发明也简称为复合隔膜材料、隔膜材料或者隔膜),旨在改善电池性能。

本发明第二目的在于,提供一种所述的复合隔膜材料的制备方法。

本发明第三目的在于,提供所述的复合隔膜材料在作为锂硫电池隔膜中的应用。

本发明第四目的在于,提供一种装配有所述复合隔膜材料的锂硫电池。

二硒化钼、二硒化钨等二维过渡族硫(硒)化物材料存在明显的边界效应,严重影响其电化学方面的性能表现。解决其边界效应,有助于提升其性能,但现有技术中仍无有效的解决手段。本发明基于对本行业内长期的研究实践,开拓性地研究出一种可有效解决二维活性材料边界效果、避免粒子团聚恶化,让其暴露出更多的活性位的技术手段,具体为:

一种聚合物@二维材料改性层状双金属氢氧化物的复合隔膜材料,包括聚合物膜材,以及复合在聚合物膜材中的活性材料;所述的活性材料为所述的二维材料改性层状双金属氢氧化物,其包括层状双金属氢氧化物,以及原位生长在其表面的二维材料;

其中,所述的二维材料为二硒化钼、二硒化钨、二硫化钼、二硫化钨中的至少一种。

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