[发明专利]一种钛基金属有机骨架改性隔膜的制备及应用

说明书

本发明涉及一种钛基金属有机骨架改性隔膜的制备及应用，所述隔膜表面涂覆包括钛基金属有机骨架的聚丙烯/聚乙烯隔膜。本发明金属有机骨架(MIL‑125)的高比表面积、微孔结构以及Lewis酸特性，诱导锂离子的均匀沉积以及协同抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭效应。相关测试表明，本发明制备的钛基金属有机骨架(MIL‑125)改性隔膜有效提高了电池的循环性能以及倍率性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂硫电池用隔膜材料及其制备和应用领域，特别涉及一种钛基金属有机骨架改性隔膜的制备及应用。

背景技术

面对全球环境危机日趋严重，经济大幅增长促进新能源产业飞速发展，为了满足不断攀升的能源需求量，人们迫切探索能量密度更高的新一代电池储能体系。锂硫电池因具有较高的理论比容量(1675mAh g^–1)与比能量(2500Wh kg^–1)而被认为是新一代最有潜力的电化学储能体系之一。同时，硫在自然界中储量丰富，且对环境友好、价格低廉。但是，仍然存在诸多因素制约着锂硫电池的商业化应用。锂硫电池在充放电过程中会产生易溶于目前常用有机电解液的长链多硫化锂(Li₂S_n，2n≤8)，它会通过隔膜在正负极之间来回穿梭，并与活泼的锂金属负极发生副反应，造成活性物质硫利用率下降、可逆容量损失以及金属锂负极的腐蚀。隔膜作为电池构成中不可或缺的部分，具有防止正负极接触而发生短路的作用，同时也是多硫化锂穿梭的必经之地。因此，对隔膜进行结构改性是实现高效率长循环锂硫电池的可行途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钛基金属有机骨架改性隔膜的制备及应用，克服了制备工艺复杂等困难，本发明在传统商业聚丙烯/聚乙烯隔膜上进行涂覆改性即可得到分布均匀的钛基金属有机骨架(MIL-125)改性复合隔膜。

本发明的一种钛基金属有机骨架改性隔膜，所述隔膜表面涂覆钛基金属有机骨架的聚丙烯/聚乙烯隔膜。

所述钛基金属有机骨架由包含对苯二甲酸、钛酸四丁酯的原料通过溶剂热反应获得。

本发明的一种钛基金属有机骨架改性隔膜的制备方法，包括：

(1)将钛基金属有机骨架MIL-125、聚偏氟乙烯粉末PVdF在溶剂中搅拌，得到浆料；

(2)将上述浆料涂覆在聚丙烯/聚乙烯隔膜(Celgard2325)一侧，真空干燥，得到钛基金属有机骨架改性隔膜。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中钛基金属有机骨架、聚偏氟乙烯的质量6:1～10:1；溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮NMP。(所述聚偏氟乙烯分子量为90万)

所述步骤(1)中钛基金属有机骨架由下列方法制备，具体为：将对苯二甲酸粉末加入到溶剂中，边搅拌边加入钛酸四丁酯，持续搅拌后得到混合液，然后转移至水热反应釜中进行反应，冷却，离心、洗涤，干燥，得到钛基金属有机骨架白色晶体粉末。

所述对苯二甲酸和钛酸四丁酯的摩尔比为3:1～4:1；溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和无水甲醇；其中N,N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的体积比为8:1～10:1，无水甲醇和钛酸四丁酯的体积比为1:1～2:1。

所述搅拌时间为0.5～3h。

所述反应温度为120～150℃，反应时间为12～48h；干燥温度为50～70℃，干燥时间为12～24h。

所述离心过程使用的离心机转速为8000r/min，离心时间为5min。

所述步骤(2)中真空干燥为放入真空烘箱内烘干，温度为50℃，干燥时间为12h。

本发明提供一种锂硫电池，包含所述钛基金属有机骨架改性隔膜。