[发明专利]一种锂硫电池用ZIF颗粒和碳纳米管共修饰的隔膜材料

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用ZIF颗粒和碳纳米管共修饰的隔膜材料，属于化学储能电池领域。将锌或钴盐溶液与2‑甲基咪唑溶液混合搅拌，得ZIF颗粒，ZIF金属中心和有机配体中N元素可对多硫化物化学吸附，有效抑制多硫化物穿梭；将多壁碳纳米管引入ZIF的合成中，能够连接颗粒和提供电子导电通道负载有ZIF颗粒的多壁碳纳米管材料涂布在所述隔膜上，得到ZIF和WMCNTs共修饰的隔膜材料，负载有ZIF颗粒的多壁碳纳米管材料涂布层具有对多硫化物特定的吸附位点、较高的表面作用面积和良好的导电性能，可在吸附多硫化物抑制穿梭的同时，提供电子传输通道，提高反应动力学，有效提升容量；隔膜修饰采用湿法涂布，便于大规模制备。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池用沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF)颗粒和碳纳米管共修饰的隔膜材料，具体地说，所述隔膜材料具有高导电性和高活性吸附位点，可有效提高锂硫电池容量并抑制多硫化物穿梭，属于化学储能电池领域。

背景技术

在环境问题日益严峻，化石能源日益枯竭的今天，开发具有高比能量的二次电池系统显得尤为重要。锂硫电池以其高理论能量密度和低环境影响的优势成为最有潜力的下一代电化学储能系统之一。然而由于多硫化物的穿梭效应和硫电极的电化学惰性所带来的循环稳定性差与活性材料利用率低下等问题严重制约了其实际的应用。为解决以上问题，目前的研究工作主要是通过将硫负载在具有高孔隙率与特定吸附能力的导电基体结构中以改善复合硫电极的综合电化学性能。然而复杂的纳米结构设计对材料的制备时间和成本要求较高，因此在大规模的实际生产中可能难以实现。此外导电基体结构或包覆结构的引入将会降低复合材料中活性硫的相对含量，进而不利于具有高比能量密度的电极极片的制备。

对隔膜直接进行表面功能化涂布或引入中间插层等功能层材料的设计便是解决以上问题的重要方法。锂硫电池目前还主要沿用传统锂离子电池所使用的聚烯烃类隔膜(PP、PE)。这类绝缘的多孔隔膜可避免正负极的接触短路，同时不会阻碍电解液与锂离子的顺利通过。但由于锂硫电池的充放电机理异常复杂，大量的小分子中间态产物极易在有机电解液中溶解并透过多孔隔膜，进而造成活性物质的流失。因此，有必要对隔膜进行具备特定物理与化学特性的功能层修饰，在提高电极材料电接触的同时，有效弥补隔膜对多硫化物阻隔能力的不足，从而提升电极的综合电化学性能。

对隔膜直接用碳材料进行表面功能化涂布研究目前已经取得了较大的进展，包括：乙炔黑，氧化石墨烯，微孔碳，单壁碳纳米管，多壁碳纳米管等。这些材料修饰的隔膜在一定程度上提高的电池的电化学性能。不过对于纯硫作正极材料来说，穿梭效应更加严重，单纯的物理限制作用不足以达到稳定长循环的目的。那么具有化学吸附作用材料的引入将大大改善多硫化物的穿梭问题。由金属离子和有机配体构成的MOFs是具有高表面积和可调孔性的多孔材料。由于其高度有序的孔隙率，基于尺寸和形状的大的表面积和离子选择性以及对多硫化物的化学吸附特性，MOFs是锂硫电池中隔膜修饰最合适的构件之一。然而MOFs导电性的特点在一定程度上削弱了电化学性能的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂硫电池用ZIF颗粒和碳纳米管共修饰的隔膜材料；所述隔膜材料采用ZIF颗粒和碳纳米管进行共修饰，具有高导电性和高活性吸附位点的特定物理与化学特性，可提高电极材料的电接触并有效弥补隔膜对多硫化物阻隔能力的不足，从而提升电极的综合电化学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种锂硫电池用沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF)颗粒和碳纳米管(CNT)共修饰的隔膜材料，所述隔膜材料是通过如下制备方法制得的，步骤如下：

步骤1.将锌盐或钴盐溶解在溶剂中，得到溶液A；

将2-甲基咪唑溶解在溶剂中，制备得到配体溶液，将羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)加入配体溶液，搅拌，超声，使其分散均匀，得到溶液B；