[发明专利]一种功能化改性隔膜及制备方法和应用

说明书

一种功能化改性隔膜及制备方法和应用，它涉及一种隔膜及制备方法和应用。本发明的目的是要解决锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应，即限制锂硫电池发展和实际应用的问题。功能化改性隔膜为碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰的聚丙烯隔膜；所述的碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维为三维立体网络结构，碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维的质量比为(2～10):1；其中，碳化钒纳米带宽度为10～50nm，长度为100nm～20μm，层数为1～30层，(002)晶面间距为0.2～0.9nm。方法：一、合成碳化钒纳米带；二、碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰聚丙烯隔膜。功能化改性隔膜作为锂硫电池、钾硫电池或钠硫电池的隔膜使用。

技术领域

本发明涉及一种隔膜及制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池是锂电池的一种。典型的锂硫电池一般采用单质硫作为正极，金属锂片作为负极。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。锂硫电池的反应机理不同于锂离子电池的离子脱嵌机理，而是电化学机理。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物。反应的中间产物锂多硫化合物Li₂S_n(n＝3～8)会溶解到有机电解液中，能在正负极之间迁移，从而导致穿梭效应，是限制锂硫电池发展和实际应用的主要原因。针对这一问题，本发明选择多从隔膜方面加以改进。

目前锂硫电池通常采用商业化的微孔聚丙烯(PP)膜作为隔膜，其优点是具有良好的机械性能和化学稳定性。但其缺点是：润湿性低、电解液保液性差、离子电导率低、无锚定多硫化物作用等。

发明内容

本发明的目的是要解决锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应，即限制锂硫电池发展和实际应用的问题，而提供一种功能化改性隔膜及制备方法和应用。

一种功能化改性隔膜为碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰的聚丙烯隔膜；所述的碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维为三维立体网络结构，碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维的质量比为(2～10):1；其中，碳化钒纳米带宽度为10～50nm，长度为100nm～20μm，层数为1～30层，(002)晶面间距为0.2～0.9nm。

一种功能化改性隔膜的制备方法，是按以下步骤制备的：

一、合成碳化钒纳米带：

①、将LiF加入到HCl水溶液中，再加入V₂AlC，搅拌均匀，得到混合液；

②、将混合液转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，再将聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜在温度为85℃～90℃下保存100h～130h，得到黑色的沉淀物；

③、首先以盐酸溶液为清洗剂对黑色固体物质离心清洗5～6次，弃掉盐酸溶液，得到盐酸溶液清洗后的沉淀物质；再以LiCl溶液为清洗剂对盐酸溶液清洗后的沉淀物质离心清洗5～6次，收集上清液，再将上清液在9000转/分的离心速度下离心40～45min，得到反应产物；将反应产物在真空干燥箱中干燥，得到碳化钒纳米带；

二、碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰聚丙烯隔膜：

①、将科琴黑和碳化钒纳米带混合，得到科琴黑/碳化钒纳米带混合物；

②、将科琴黑/碳化钒纳米带混合物与聚偏二氟乙烯混合，得到溶质；再将溶质加入N-甲基吡咯烷酮中，超声处理，得到悬浮液；

③、采用真空抽离将通过真空抽滤将悬浮液抽到聚丙烯隔膜上，再放入真空干燥箱中干燥，得到功能化改性隔膜。

一种功能化改性隔膜作为锂硫电池或钠硫电池的隔膜使用。