[发明专利]氧缺陷二氧化钛纳米片修饰锂离子电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及氧缺陷二氧化钛纳米片修饰锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，包括有以下步骤：1)将二氧化钛纳米片在流动氢气下高温煅烧，得到氧缺陷二氧化钛纳米片；2)将步骤1)所得的氧缺陷二氧化钛纳米片分散到溶剂中，超声后静置；3)将步骤2)所得的悬浮液通过真空抽滤将氧缺陷二氧化钛负载到锂离子电池隔膜上；干燥后得到氧缺陷二氧化钛纳米片修饰的功能化隔膜。本发明的有益效果是：继承了过渡金属氧化物对多硫化物的吸附能力，极易捕捉带电的多硫化物，从而大大提高抑制多硫化物溶解的能力。此外，氧缺陷的引入能提高TiO₂的导电性和催化能力，促进吸附在TiO₂表面的长链多硫化物转化为短链多硫化物，提高活性物质利用率。

技术领域

本发明涉及二氧化钛氧缺陷的构筑以及不同厚度的氧缺陷二氧化钛纳米片修饰层的制备。

背景技术

伴随着经济全球化的进程和能源需求的不断高涨，寻找新的储能装置已经成为新能源相关领域的关注热点。锂离子电池(LIB)是目前综合性能最好的电池体系，具有高比能量、高循环寿命、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染等特点，并迅速发展成为新一代储能电源，用于信息技术、电动车和混合动力车、航空航天等领域的动力支持。然而目前受限于正负极材料的理论容量，锂离子电池的能量密度已经不能满足日益增长的电动汽车等对于高能量密度储能器件的要求。锂硫电池由于具有极高的理论容量(1675mAh g^-1)和能量密度(2600Wh Kg^-1)，被认为是下一代电化学储能器件的重要替代者之一。然而，锂硫电池的发展及商业化应用仍然受限于诸多因素，比如硫及其放电产物硫化锂极低的电导率，充放电过程中由于硫的体积变化导致的性能衰减，以及充放电中间产物多硫化物的穿梭效应等。

为了克服以上问题，隔膜修饰工程被认为是一种简单、有效、低成本的策略。然而在隔膜修饰过程中，额外引入一定厚度的修饰层势必会在一定程度上阻碍锂离子的迁移，降低电池反应动力学。因此开发相对薄的、对多硫化物的溶解抑制强的功能化隔膜是一项挑战。

发明内容

本发明提出了利用氧缺陷工程，提出一种氧缺陷二氧化钛(OVs-TiO₂)纳米片修饰锂离子电池隔膜及其制备方法，可以对不同厚度OVs-TiO₂纳米片修饰层的进行控制，将此材料均匀的负载到传统商业化锂离子电池隔膜一侧，用于锂硫电池功能化隔膜。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：氧缺陷二氧化钛纳米片修饰锂离子电池隔膜的制备方法，包括有以下步骤：

1)将二氧化钛纳米片在流动氢气下高温煅烧，得到氧缺陷二氧化钛纳米片；

2)将步骤1)所得的氧缺陷二氧化钛纳米片分散到溶剂中，超声后静置；

3)将步骤2)所得的悬浮液通过真空抽滤将氧缺陷二氧化钛负载到锂离子电池隔膜上；干燥后得到氧缺陷二氧化钛纳米片修饰的功能化隔膜。

按上述方案，所述的煅烧温度为200-500℃，升温速率为2-5℃/min，保温时间为2-3小时。

按上述方案，所述的二氧化钛纳米片的质量为10-50mg：溶剂的体积为20-100mL。

按上述方案，所述的溶剂为无水乙醇、甲醇或异丙醇。

按上述方案，所述的锂离子电池隔膜为商业化的聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯隔膜。

按上述方案，所述的悬浮液为静置后的上清液，抽滤的分散液的体积为控制氧缺陷二氧化钛纳米片单位面积负载量为0.1-0.2mg cm^-2。

按上述方案，所述的氧缺陷二氧化钛纳米片修饰层的厚度范围为200nm-800nm。

任一项制备方法所得的氧缺陷二氧化钛纳米片修饰锂离子电池隔膜。