[发明专利]一种氧化镁/铁复合材料改性隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化镁/铁复合材料改性隔膜及其制备方法，以氧化镁作为吸附基体，在氧化镁颗粒表面负载的铁颗粒作为催化基体，共混碳纳米管作为导电基体，协同改性锂硫电池隔膜。氧化镁颗粒通过溶剂热合成的方法制备，随后在颗粒表面通过氢气热还原的方法负载铁颗粒。最后用乙醇分散共混过滤的方法负载在隔膜表面，得到改性后的隔膜。本发明的氧化镁/铁复合材料改性隔膜综合了碳纳米管的物理阻隔作用，氧化镁的吸附作用，铁颗粒的催化作用，协同提升了锂硫电池的性能。

技术领域

本发明属于无机化学技术领域，更具体为电化学领域，具体涉及一种氧化镁/铁复合材料的改性隔膜及其制备方法。

背景技术

锂硫电池是一种具有较高能量密度的储能体系，具有很高的发展前景。但是在充放电过程中产生的多硫化物的穿梭效应会导致电池循环性能的显著下降。因此现有技术多围绕如何抑制穿梭效应展开。

目前而言，主要的解决方案有物理吸附，化学吸附，以及电化学催化的方法。物理吸附多采用炭材料作为阻隔多硫化物穿梭的基体。化学吸附多利用吸附基体和多硫化物的静电相互作用抑制穿梭效应。而电化学催化的效应通常基于加快中间产物的转化速率减少多硫化物的存在时间实现对穿梭效应的抑制。

中国发明CN201710042856.9公开一种耐热型锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)氢氧化镁陶瓷浆料制备：将质量比为30-85％的去离子水和质量比为1-10％的粘结剂混合后在搅拌机中搅拌，配置成均匀溶液，然后加入质量比为10-60％的氢氧化镁颗粒混合搅拌10-40min，经研磨1-3h后得到氢氧化镁陶瓷浆料；2)涂布：通过一定涂布方式将步骤1)中制得的氢氧化镁陶瓷浆料涂布于基膜的一侧或两侧，得到氢氧化镁陶瓷涂层，然后在温度为40℃-80℃的条件下烘烤2-4min，得到耐热型陶瓷隔膜。该发明能在锂电池短路时能有效抑制锂电池温度急速升高，提高锂电池的热稳定性、倍率放电及循环性能。

中国发明CN201710307027.9公开了一种用于锂离子电池的复合隔膜，其包括微孔基膜和在该微孔基膜的一面或两面涂覆的陶瓷层，所述陶瓷层中陶瓷粉料的主要成分为磷酸铁锂。本发明的复合隔膜可以有效地提高隔膜的电解液浸润性、离子电导率、热稳定性、以及可加工性。

氧化镁作为一种吸附基体，在污水处理领域获得了较为广泛的应用探索。现有技术有制备一种中孔硅壳包裹纳米氧化镁颗粒的多级结构，其中氧化镁作为一种吸附基体表现出了较好的水处理效果。而在本发明中，则是利用氧化镁的吸附作用在锂硫电池中抑制穿梭效应。

纳米级铁颗粒具有较好的电催化作用，在本发明中被用来作为加快多硫化物转化速率的电催化基体。

目前多采用单个基体表现出的吸附或催化作用用于改性锂硫电池，但是将分别具有两种功能的基体结合为复合材料的方法尚未见报。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种简单，成本低廉的同时兼具吸附作用和电催化作用的氧化镁/铁复合材料改性隔膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种氧化镁/铁复合材料改性隔膜，隔膜表面负载有氧化镁/铁复合材料和碳纳米管，所述的氧化镁/铁复合材料为氧化镁颗粒的表面负载铁颗粒。本发明中以氧化镁作为吸附基体，在氧化镁颗粒表面负载的铁颗粒作为催化基体，共混碳纳米管作为导电基体，协同改性锂硫电池隔膜。

在本发明的优选的实施方式中，氧化镁和铁采用10：1的摩尔比，碳纳米管和氧化镁/铁复合材料的质量比7 : 3。

本发明还保护所述的氧化镁/铁复合材料改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过溶剂热法制备氧化镁颗粒；

（2）在氧化镁颗粒的表面通过氢气热还原的方法负载铁颗粒；

（3）通过乙醇分散共混过滤的方法将碳纳米管负载在隔膜表面。