一种用于锂硫电池的改性隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种用于锂硫电池的改性隔膜及其制备方法。该改性隔膜含有g‑C

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂硫电池的改性隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂硫电池的
，具体的涉及一种用于锂硫电池的改性隔膜及其制备方法。
技术介绍
能源是支撑现代社会发展的重要支柱，高效的储能系统将会给社会带来巨大的变革。电池是储存能源的主要途径之一，电池的更新换代给再生能源工业、电子产业和电动汽车行业带来了巨大的变革。在国家大力推动下，全球电动汽车和锂电自行车产量保持高速增长态势，进而带动着动力型锂离子电池的持续高速增长，成为全球锂离子电池产业增长的主要驱动力量。国家将发展新能源和新能源汽车上升为国家战略，作为破解能源与环境之间制约和实现新一轮经济增长的突破口。随着电动汽车、新能源调峰电站等市场的快速扩大，锂离子电池已经成为主要国家以及各大企业的重点研究领域，其技术创新以及产业化步伐大大加快。锂硫电池因其具有较高的理论容量和能量密度，并且兼具原料丰富、环保性好以及成本低等优势，被认为是目前最具发展潜力的新型高性能电池之一。锂硫电池主要由正极材料、电解液、隔膜以及负极材料构成。单质硫作为正极具有较高的比容量，在锂/硫(Li/S)电池中，其理论比容量高达1675mA·h/g，理论比能量为2600Wh/kg，比传统锂离子电池中的LiCoO2等正极材料要高6倍。但是锂硫电池的充放电过程是一个多电子反应，并伴随着复杂的相转化过程。发生电化学反应时，中间放电产物在电解液中发生溶解并在正负极之间循环穿梭。穿梭效应严重影响了锂硫电池的循环性能和库伦效率，并导致锂硫电池产生自放电严重等问题。为了解决上述问题，研究表明将电池的隔膜进行改性处理能够显着抑制多硫化物的穿梭效应，起到捕获多硫化物的作用，现有技术虽然在一定程度上改善了锂硫电池的性能，但普遍存在的缺点是：电池的电化学性能不稳定，比容量不够高；多硫化物的穿梭效应依旧明显；锂硫离子电池的体积膨胀显著；实验较复杂，操作难度大，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种用于锂硫电池的改性隔膜及其制备方法，该改性隔膜加入了g-C3N4/CNT复合材料，不仅提高了隔膜材料的性能，克服了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显、锂硫电池的体积膨胀效应显著和电池的电化学性能不稳定等缺陷，而且简化了生产工艺，降低了生产成本。本专利技术的技术方案为：一种用于锂硫电池的改性隔膜含有g-C3N4/CNT复合材料。所述用于锂硫电池的改性隔膜制备方法，包括以下步骤：(1)制备石墨氮化碳g-C3N4及其悬浮液：首先将三聚氰胺溶解于去离子水中进行搅拌至完全溶解，得到三聚氰胺透明溶液；然后将所得三聚氰胺透明溶液转移至反应釜中进行加热处理，过滤收集反应产物；最后将反应产物加入氧化铝坩埚中，在空气气氛下进行煅烧；完成后冷却至室温，收集最终黄色产物即得g-C3N4粉末；将所得g-C3N4粉末加去离子水进行研磨至均匀，制成g-C3N4悬浮液；(2)超声粉碎g-C3N4悬浮液：对步骤(1)所得g-C3N4悬浮液先进行搅拌，然后进行超声粉碎处理得到g-C3N4溶液，将所得g-C3N4溶液封存备用；(3)制备g-C3N4/CNT混合溶液：将步骤(2)所得g-C3N4溶液与碳纳米管水分散液进行混合配制，配制完成后先搅拌后超声处理，得到g-C3N4/CNT混合溶液；(4)涂隔膜：首先将步骤(3)所得的g-C3N4/CNT混合溶液烘干制得g-C3N4/CNT粉末，然后滴加NMP进行研磨，最后涂覆于干净隔膜上，烘干，即得改性隔膜。所述步骤(1)中加热处理的温度为145～185℃，加热时间为16～24h；煅烧温度为400～520℃，煅烧时间为2～4h。所述步骤(1)中制得的g-C3N4悬浮液浓度为0.3～0.5mg/mL。所述步骤(2)中搅拌时间为3～5小时；超声处理具体为：超声时间为30～50分钟；每一次的超声循环时间为5秒，其中的超声时间为2秒，时间间隔为3秒。所述步骤(3)中碳纳米管水分散液中碳纳米管的质量分数为10％。所述步骤(3)中g-C3N4溶液内所含g-C3N4与碳纳米管水分散液内所含碳纳米管的质量比为10:1。所述步骤(3)中搅拌时间为3～5小时，超声处理3～5小时。所述步骤(4)中NMP的滴加量为2～4mL。所述步骤(4)中研磨时间为20～40分钟；在50℃下烘干8～10小时。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述用于锂硫电池的改性隔膜加入了g-C3N4/CNT，g-C3N4以及CNT的管状结构有利于吸附多硫化物，提高硫的利用率，并且CNT的利用极大地增强了材料的导电性。同时该改性隔膜的制备方法简化了生产工艺，降低了生产成本。附图说明图1为实施例1所制得的g-C3N4的SEM图。图2为实施例1所制得的g-C3N4/CNT的SEM图。图3为实施例1中g-C3N4、CNT、g-C3N4/CNT的XRD曲线。图4为实施例1-3分别制得的改性隔膜用于锂硫电池的电化学充放电曲线。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1所述用于锂硫电池的改性隔膜含有g-C3N4/CNT复合材料。所述用于锂硫电池的改性隔膜制备方法，包括以下步骤：(1)制备石墨氮化碳g-C3N4及其悬浮液：首先将三聚氰胺溶解于去离子水中进行搅拌至完全溶解，得到三聚氰胺透明溶液；然后将所得三聚氰胺透明溶液转移至反应釜中在145℃条件下进行加热处理16h，过滤收集反应产物；最后将反应产物加入氧化铝坩埚中，在空气气氛下进行煅烧，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2h；完成后冷却至室温，收集最终黄色产物即得g-C3N4粉末；将0.06g的g-C3N4粉末加去离子水进行研磨至均匀，然后转移至量筒加去离子水至200mL，制得浓度为0.3mg/mL的g-C3N4悬浮液；(2)超声粉碎g-C3N4悬浮液：对步骤(1)所得g-C3N4悬浮液先用搅拌机进行搅拌3小时，然后置于超声细胞粉碎机中进行超声处理，超声时间为50分钟；每一次的超声循环时间为5秒，其中的超声时间为2秒，时间间隔为3秒；得到g-C3N4溶液，将所得g-C3N4溶液封存备用；(3)制备g-C3N4/CNT混合溶液：取0.06g质量分数为10％的碳纳米管水分散液加入至步骤(2)所得的g-C3N4溶液中，然后置于搅拌机上搅拌5小时，再超声3小时，得到g-C3N4/CNT混合溶液；(4)涂隔膜：首先将步骤(3)所得的g-C3N4/CNT混合溶液烘干制得g-C3N4/CNT粉末，然后取0.06g的g-C3N4/CNT粉末与0.0075g的导电剂科琴黑以及0.0075g的粘合剂PVDF混合后，滴加2mLNMP进行研磨30分钟，最后涂覆于干净隔膜上，在50℃下烘干8小时，即得改性隔膜。以纯硫为正极材料，以金属锂为对电极和参比电极，加入锂硫电解液，以该实施例所得改性隔膜为隔膜，在充满氩气的手套箱中组装CR2025扣式电池。通过图1可以看到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂硫电池的改性隔膜，其特征在于，该改性隔膜含有g-C

【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池的改性隔膜，其特征在于，该改性隔膜含有g-C3N4/CNT复合材料。


2.一种权利要求1所述用于锂硫电池的改性隔膜制备方法，包括以下步骤：
(1)制备石墨氮化碳g-C3N4及其悬浮液：首先将三聚氰胺溶解于去离子水中进行搅拌至完全溶解，得到三聚氰胺透明溶液；然后将所得三聚氰胺透明溶液转移至反应釜中进行加热处理，过滤收集反应产物；最后将反应产物加入氧化铝坩埚中，在空气气氛下进行煅烧；完成后冷却至室温，收集最终黄色产物即得g-C3N4粉末；将所得g-C3N4粉末加去离子水进行研磨至均匀，制成g-C3N4悬浮液；
(2)超声粉碎g-C3N4悬浮液：对步骤(1)所得g-C3N4悬浮液先进行搅拌，然后进行超声粉碎处理得到g-C3N4溶液，将所得g-C3N4溶液封存备用；
(3)制备g-C3N4/CNT混合溶液：将步骤(2)所得g-C3N4溶液与碳纳米管水分散液进行混合配制，配制完成后先搅拌后超声处理，得到g-C3N4/CNT混合溶液；
(4)涂隔膜：首先将步骤(3)所得的g-C3N4/CNT混合溶液烘干制得g-C3N4/CNT粉末，然后滴加NMP进行研磨，最后涂覆于干净隔膜上，烘干，即得改性隔膜。


3.根据权利要求2所述用于锂硫电池的改性隔膜制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中加热处理的温度为145～185℃，加热时间为16～24h；煅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永光，马恒，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44