[发明专利]一种具有功能中间层的锂硫电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池隔膜改性技术领域，提供了一种具有功能中间层的锂硫电池隔膜及其制备方法，首先制备ZIF‑8模板，之后在模板上进行ZIF‑67的原位合成，然后在惰性气氛保护下进行退火，将制备的前驱体在高温高压密封下用硫酸刻除掉金属离子，在惰性气体保护下用氢氧化钾进行活化得到N/O‑纳米笼/CNT，最后制成具有功能中间层的锂硫电池隔膜，其丰富的微孔和中孔结构的分层结构有利于离子迁移和容纳活性物质的体积膨胀；N/O的双重掺杂对多硫化物具有很强的化学亲和力可以抑制多硫化物的穿梭，CNTs在主体表面上的原位生长促进了电子迁移并改善了反应动力学，提高了锂硫电池活性物质的利用率。有效的解决了锂硫电池现存的活性物质利用率低、循环寿命低的问题。

技术领域

本发明属于锂硫电池隔膜改性技术领域，具体涉及一种具有功能 中间层的锂硫电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂硫电池由于其材料理论比容量和电池理论比能量较高，且具有 经济环保、易于获得和无害性等优势，被公认为是现在最具有研究价 值和应用前景的锂二次电池体系之一。但目前其存在着活性物质利用 率低、循环寿命低和安全性差等问题，严重制约着锂硫电池的发展。 锂硫电池以硫单质为正极，金属锂为负极，通过硫-硫键的断裂和重 生实现电池的充放电。其中，高溶解度长链多聚化物容易扩散到电解 液中，导致容量不可逆转地衰减。另外，由于硫的电导率差，不利于 电池在大电流密度下的容量，且在硫转化为多硫化物的过程中，体积 扩张会摧毁材料骨架，导致硫单质的损失。

隔膜作为锂硫电池中重要组成，用于分离电池两极，避免电池短 路，有助于自由锂离子在电极间的传输。锂硫电池在放电过程中产生 多硫化物极易溶于电解液，导致电池容量衰减不可转变，严重影响了 锂硫电池的循环性能和库伦效率。然而，现有锂硫电池隔膜很难抑制 多硫化物的扩散，导致正极硫结构不可逆破坏。上述隔膜的缺点导致 锂硫电池的循环稳定性差，实际比容量低等一系列问题。因此亟需研 发一种能够提高锂硫电池循环稳定性能的锂硫电池隔膜。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有功 能中间层的锂硫电池隔膜及其制备方法。

本发明提供了一种具有功能中间层的锂硫电池隔膜的制备方法， 具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，称取5g～15g的 Zn(NO₃)₂·6H₂O溶于100ml～400ml甲醇中，称取5g～15g的2-甲基咪 唑溶于100ml～400ml甲醇中，将这两种溶液混合得到第一混合产物，将第一混合产物进行离心洗涤得到离心洗涤后的第一混合产物，然后 将离心洗涤后的第一混合产物干燥得到白色粉末，标记为ZIF-8；步 骤S2，称取0.5g～1g的ZIF-8和0.5g～1gCo(NO₃)₂·6H₂O置于 100ml～200mL甲醇中，标记为溶液A，称取0.5g～1g 2-的甲基咪唑溶 置于50ml～100mL甲醇中，标记为溶液B，将溶液A与溶液B混合得 到第二混合产物，将第二混合产物进行离心洗涤，得到离心洗涤后的 第二混合产物，然后对离心洗涤后的的第二混合产物进行干燥，得到 浅紫色粉末，标记为ZIF-8@ZIF-67；步骤S3，将ZIF-8@ZIF-67置于管式炉中进行高温热解处理，采用惰性气氛，于600℃～1000℃温度 下保温1h～5h，得到中间产物；步骤S4，在50℃～150℃下使用1M～5M H₂SO₄溶液，对中间产物进行刻蚀，在刻蚀10h～24h后，得到黑色粉 末，将黑色粉末置于管式炉中进行高温热解处理，采用惰性气氛，加入氢氧化钾活化并于600℃～1000℃温度下保温0.5h～2h，得到N/O- 纳米笼/CNT；步骤S5，将N/O-纳米笼/CNT与聚偏氟乙烯以质量比 为5：1～10：1的比例混合研磨，研磨时间为30min～1.5h，滴入 1mL～5mL的N-甲基吡咯烷酮，配置成浆料，然后将浆料涂于商业隔 膜之上，并进行干燥，即得具有功能中间层的锂硫电池隔膜。