【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及電池隔膜領(lǐng)域，具體涉及一種改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用，以及一種鋰硫電池。
技術(shù)介紹
1、隨著能源需求的增加，探索具有更高比容量的替代儲(chǔ)能系統(tǒng)以緩解對(duì)鋰離子電池的過(guò)度依賴(lài)至關(guān)重要。由于具有較高的理論比容量(1675mah/g)和理論能量密度(2600wh/kg)，鋰硫電池在下一代高比能可充電池中極具競(jìng)爭(zhēng)力。此外，其正極材料活性材料硫還具備自然資源豐富、價(jià)格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)。
2、但是，目前鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用還面臨許多問(wèn)題，電池內(nèi)部的副反應(yīng)“穿梭效應(yīng)”，是限制其應(yīng)用的最大阻礙。具體而言，穿梭效應(yīng)即：鋰硫電池在電化學(xué)充放電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一系列含硫中間產(chǎn)物，長(zhǎng)鏈多硫化物(li2sx，2<x≤8)易溶于電解液，然后在濃度梯度和電場(chǎng)的作用下，穿越常規(guī)聚烯烴隔膜，最后與鋰負(fù)極發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，造成活性物質(zhì)損失和電池內(nèi)阻增加，從而導(dǎo)致電池容量降低和循環(huán)性能下降。此外，鋰硫電池的充放電過(guò)程涉及多步固液轉(zhuǎn)化，并且硫以及放電終產(chǎn)物硫化鋰的電子導(dǎo)電性較差，因此多硫化物轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，電池倍率性能較差。
3、目前，現(xiàn)有技術(shù)已有利用分子篩對(duì)常規(guī)隔膜進(jìn)行修飾，以抑制鋰硫電池的穿梭效應(yīng)，比如cn107546356a和cn103490027a。它們利用分子篩的物理阻隔作用，在一定程度上限制了li2sx在電解液中的遷移擴(kuò)散，從而改善電池性能。
4、為了使(鋰硫)電池能夠滿(mǎn)足新能源電動(dòng)汽車(chē)以及大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)對(duì)更高能量密度電池的需求，目前仍然需要開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)性能進(jìn)一步改善的電池隔膜。
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種改性隔膜，該改性隔膜能夠提高電池的容量和循環(huán)性能。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的專(zhuān)利技術(shù)人經(jīng)大量的研究發(fā)現(xiàn)，普通分子篩是通過(guò)孔道結(jié)構(gòu)選擇性阻止電池內(nèi)部多硫化物的遷移擴(kuò)散，這種單一的物理阻隔作用相對(duì)有限，需要進(jìn)一步對(duì)分子篩進(jìn)行修飾，以增強(qiáng)對(duì)穿梭效應(yīng)的抑制，從而進(jìn)一步提高電池的容量和循環(huán)性能。
3、同時(shí)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將負(fù)載金屬氧化物的分子篩用于鋰硫電池隔膜，一方面可以利用分子篩的孔道結(jié)構(gòu)物理阻止多硫化物在電池內(nèi)部的遷移擴(kuò)散，另一方面還可以通過(guò)金屬氧化物化學(xué)吸附多硫化物，兩者結(jié)合可以更有效的緩解鋰硫電池的穿梭效應(yīng)問(wèn)題。
4、同時(shí)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在分子篩中引入催化性金屬，既可以利用金屬改善隔膜正極側(cè)的導(dǎo)電性，還可以利用金屬的催化性質(zhì)增強(qiáng)多硫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在分子篩進(jìn)一步含有鋰的情況下，引入的鋰可以在電池循環(huán)中為鋰離子的吸附和傳輸提供大量位點(diǎn)，改善隔膜的鋰離子傳輸性能。
5、由此，本專(zhuān)利技術(shù)第一方面提供一種改性隔膜，所述改性隔膜包括支撐膜以及支撐膜表面的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層含有：負(fù)載有金屬氧化物的分子篩、導(dǎo)電碳材料和粘結(jié)劑，所述負(fù)載有金屬氧化物的分子篩中，金屬氧化物的量為分子篩的0.1-15重量％。
6、本專(zhuān)利技術(shù)第二方面提供一種所述改性隔膜的制備方法，該方法包括：
7、(1)將負(fù)載有金屬氧化物的分子篩與導(dǎo)電碳材料混合，得到混合物；
8、(2)將所述混合物與粘結(jié)劑分散在溶劑中，得到涂布漿料；
9、(3)將所述涂布漿料涂覆在支撐膜表面，然后去除溶劑，得到改性隔膜。
10、本專(zhuān)利技術(shù)三方面提供一種所述改性隔膜在鋰硫電池中的應(yīng)用。
11、本專(zhuān)利技術(shù)四方面提供一種鋰硫電池，包括正極、負(fù)極和隔膜，所述隔膜含有本專(zhuān)利技術(shù)所述的改性隔膜。
12、本專(zhuān)利技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：
13、本專(zhuān)利技術(shù)的改性隔膜在復(fù)合涂層中包含負(fù)載金屬氧化物的分子篩。在應(yīng)用于鋰硫電池隔膜時(shí)，一方面可以利用分子篩的孔道結(jié)構(gòu)物理阻止多硫化物在電池內(nèi)部的遷移擴(kuò)散，另一方面還可以通過(guò)金屬氧化物化學(xué)吸附多硫化物，兩者結(jié)合可以更有效的緩解鋰硫電池的穿梭效應(yīng)問(wèn)題。此外，進(jìn)一步在分子篩中引入催化性金屬，既可以利用金屬改善隔膜正極側(cè)的導(dǎo)電性，還可以利用金屬的催化性質(zhì)增強(qiáng)多硫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
14、根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，在分子篩進(jìn)一步含有ia族金屬例如鋰的情況下，引入的鋰可以在電池循環(huán)中為鋰離子的吸附和傳輸提供大量位點(diǎn)，改善隔膜的鋰離子傳輸性能。因此，本專(zhuān)利技術(shù)的改性隔膜能夠提高電池的容量和循環(huán)性能。
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1.一種改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜包括支撐膜以及支撐膜表面的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層含有：負(fù)載有金屬氧化物的分子篩、導(dǎo)電碳材料和粘結(jié)劑，所述負(fù)載有金屬氧化物的分子篩中，金屬氧化物的量為分子篩的0.1-15重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性隔膜，其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性隔膜，其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的改性隔膜，其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的改性隔膜，其中，所述負(fù)載有金屬氧化物的分子篩具有“xM2O·ySiO2·zAl2O3”所示的化學(xué)組成，其中，0.01≤x/y≤0.2，10≤y/z≤50，M為選自Na、K中的一種或兩種；優(yōu)選，M為Na；和/或
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的改性隔膜，其中，
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述改性隔膜的制備方法，其特征在于，該方法包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，
9.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述改性隔膜在電池中的應(yīng)用。
10.一種鋰硫電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極和隔
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜包括支撐膜以及支撐膜表面的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層含有：負(fù)載有金屬氧化物的分子篩、導(dǎo)電碳材料和粘結(jié)劑，所述負(fù)載有金屬氧化物的分子篩中，金屬氧化物的量為分子篩的0.1-15重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性隔膜，其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性隔膜，其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的改性隔膜，其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的改性隔膜，其中，所述負(fù)載有金屬氧化物的分子篩具有“xm2o·ysio2·z...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王小飛，何文軍，薛浩亮，周思飛，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)石油化工股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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