一种隔膜及其制备方法与电池应用技术

本发明专利技术涉及一种隔膜及其制备方法与电池应用。步骤如下，将氢氧化钠加入到MXene的溶液中，在氩气条件下搅拌一定的时间，过滤洗涤至中性；将PDDA溶液加入到上述溶液中，搅拌一定时间后，向其加入多孔氧化物，通过自组装的方式可以获得MXene@多孔氧化物的溶液，过滤洗涤后获得高浓度的浆液，然后将其涂覆到隔膜中，真空干燥后即可获得MXene@多孔氧化物修饰的隔膜。本发明专利技术制备出的隔膜，可以有效的使电场分布均匀、促进离子的扩散、降低局部电流密度，从而可以诱导均匀的锌沉积；本隔膜有良好的亲锌性，也可有效的抑制枝晶的生长；采用的商业化的多孔氧化物，可以有效的降低成本，获得低成本的隔膜；若采用真空蒸馏法获得多孔氧化物，其表现出的大的比表面、均匀的多孔结构有利于获得更好的电化学性能。利于获得更好的电化学性能。利于获得更好的电化学性能。

A diaphragm and its preparation method and battery application

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜及其制备方法与电池应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种隔膜及其制备方法与电池应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着化石能源的利用和环境污染的日益加重，二次电池因其独特的优势被广泛关注。然而，在一些电池体系中，枝晶的生长会造成产生大量的副产物，进而消耗电解液和盐，造成低的库伦效率。此外，大量生长的枝晶会刺穿隔膜，造成电池的短路，从而引发一些安全问题。而在电池体系中，隔膜是重要的、必不可少的组分之一。设计一种低成本、可抑制枝晶生长的隔膜对于促进二次电池的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种隔膜及其制备方法与电池应用，本专利技术所提供的隔膜为MXene复合多孔氧化物修饰的隔膜，该隔膜可高效抑制枝晶生长、具有良好的电化学性能，且生产成本低，可实现工业化生产。
[0005]本专利技术的第一方面，提供一种隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0006]将氢氧化钠溶液加入到MXene的溶液中，在氩气条件下搅拌一定的时间，过滤洗涤至中性；
[0007]将PDDA溶液加入到上述溶液中，搅拌一定时间后，向其加入多孔氧化物，通过自组装的方式可以获得MXene@多孔氧化物的溶液，过滤洗涤后获得高浓度的浆液，然后将其涂覆到隔膜中，真空干燥后即得。
[0008]进一步的，将氢氧化钠加入到MXene的溶液后，搅拌2h
‑
120h。
[0009]进一步的，加入PDDA后搅拌0.2h
‑
5h。
[0010]进一步的，所述的氢氧化钠的浓度是1
‑
10mol L
‑1。
[0011]进一步的，所述的氢氧化钠溶液与MXene的溶液的体积比为 1:5
‑
3:1。
[0012]进一步的，所述的MXene溶液与PDDA溶液的体积比为 100:4～12。
[0013]进一步的，多孔氧化物在溶液中的浓度为0.1
‑
10mg mL
‑1。
[0014]进一步的，涂覆的厚度为50nm
‑
10μm。
[0015]所述的多孔氧化物是商业化的多孔氧化物或从氢氧化物中通过真空蒸馏法制备出的多孔氧化物；优选的，从氢氧化物中通过真空蒸馏法制备出的多孔氧化物。
[0016]所述的多孔氧化物是多孔氧化镍、多孔氧化钴、多孔氧化铜、多孔氧化镁、多孔氧化铟、多孔氧化铋、多孔氧化铁、多孔氧化铌、多孔氧化铝、多孔氧化锌中的一种或两种以上的混合物。
[0017]所述的氢氧化物是多孔氢氧化镍、多孔氢氧化钴、多孔氢氧化铜、多孔氢氧化镁、
多孔氢氧化铟、多孔氢氧化铋、多孔氢氧化铁、多孔氢氧化铌、多孔氢氧化铝、多孔氢氧化锌。
[0018]所述的真空蒸馏的温度是200
‑
1500℃，时间是0.1
‑
10h。
[0019]所述的隔膜是聚烯烃类隔膜、纤维素膜、聚酰亚胺膜、聚酯膜中的一种。
[0020]本专利技术的第二方面，提供一种上述制备方法制备得到的隔膜。该 MXene复合多孔氧化物修饰的隔膜。
[0021]本专利技术的第三方面，提供一种上述隔膜在二次电池中的应用，如锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池、镁离子电池、钙离子电池及其他电池中的应用。
[0022]以上一个或多个技术方案的有益效果如下：
[0023]本专利技术中多孔氧化物和MXene通过静电自组装的方式结合， MXene具有较好的亲水性和亲锌性，可以有效的使电场分布均匀、促进离子的扩散、从而可以诱导均匀的锌沉积。
[0024]本专利技术若采用真空蒸馏法获得多孔氧化物，其表现出的大的比表面、均匀的多孔结构有利于促进离子的传输，降低局部电流密度，因此获得更好的电化学性能。
[0025]本专利技术采用的多孔氧化物，可以有效的降低成本，获得低成本的隔膜。
[0026]本专利技术通过对隔膜进行改性，可高效抑制枝晶的生长，同时有效降低成核过电势和平台过电势，获得高的库伦效率和稳定的循环性能。
附图说明
[0027]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0028]图1是实施例1中商业化隔膜和MXene@NiO修饰的隔膜的 (a)XRD和(b)XPS。
[0029]图2是实施例1中(a
‑
b)商业化隔膜和(c
‑
d)MXene@NiO修饰的隔膜SEM。
[0030]图3是实施例1中采用金属锌在不锈钢集流体上的SEM演变。 (a,c
‑
f)商业化隔膜和(b,g
‑
j)MXene@NiO修饰的隔膜。
[0031]图4是实施例1中采用MXene@NiO修饰的隔膜组装的Zn||Cu 半电池的库伦效率。
[0032]图5是实施例1中采用商业化隔膜和MXene@NiO修饰的隔膜组装的Zn||Zn电池的循环性能。
[0033]图6是实施例2中采用商业化隔膜和MXene@NiO修饰的隔膜组装的(a
‑
c)Li||Cu半电池的(a)时间
‑
电压曲线、(b)容量
‑
电压曲线、(c) 库伦效率和(d)Li||Li电池的循环性能。
[0034]图7是实施例3中采用商业化隔膜和MXene@NiO修饰的隔膜组装的(a
‑
c)Na||Cu半电池的(a)时间
‑
电压曲线、(b)容量
‑
电压曲线、(c) 库伦效率和(d)Na||Na电池的循环性能。
[0035]图8是实施例4中采用商业化隔膜和MXene@NiO修饰的隔膜组装的(a
‑
c)K||Cu半电池的(a)时间
‑
电压曲线、(b)容量
‑
电压曲线、(c)库伦效率和(d)K||K电池的循环性能。
[0036]图9是实施例5中采用商业化隔膜和MXene@NiO修饰的隔膜组装的Mg||Mg电池的循环性能。
具体实施方式
[0037]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]实施例1
[0039]一种MXene@NiO修饰的隔膜及其制备方法：
[0040]制备多孔氧化镍：称取1g氢氧化镍，将其放入管式炉，在真空条件下加热后，即可获得多孔氧化镍。
[0041]制备PDDA修饰的MXene溶液：配置100mL 6M NaOH溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氢氧化钠加入到MXene的溶液中，在氩气条件下搅拌，过滤洗涤至中性；将PDDA溶液加入到上述溶液中，搅拌，向其加入多孔氧化物，通过自组装的方式可以获得MXene@多孔氧化物的溶液，过滤洗涤后获得高浓度的浆液，然后将其涂覆到隔膜中，真空干燥后即得。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述的氢氧化物的浓度是1
‑
10mol L
‑1。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述多孔氧化物是商业化的多孔氧化物或从氢氧化物中通过真空蒸馏法制备出的多孔氧化物；优选的，从氢氧化物中通过真空蒸馏法制备出的多孔氧化物。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述多孔氧化物是多孔氧化镍、多孔氧化钴、多孔氧化铜、多孔氧化镁、多孔氧化铟、多孔氧化铋、多孔氧化铁、多孔氧化铌、多孔氧化铝、多孔氧化锌中的一种或两种以上的混合物；所述的氢氧化物是多孔氢氧化镍、多孔氢氧化钴、多孔氢氧化铜、多孔氢氧化镁、多孔氢氧化铟、多孔氢氧化铋、...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，安永灵，田园，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：