[发明专利]一种基于高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂硫电池制备技术领域，公开了一种基于高比表面积介孔氧化铝(MA)的隔膜及其制备方法和应用。所述隔膜是将具有高比表面积的介孔氧化铝(MA)和石墨烯(G)的混合物(MA@G)负载在商用PP隔膜上得到的。本发明中的隔膜能有效抑制多硫化物的穿梭效应，使锂硫电池的电化学性能得到大幅提升。本发明的制备方法简单方便，可实现大规模生产，对锂硫电池体系的商业化有一定的推动作用。

技术领域

本发明属于锂硫电池制备技术领域，更具体地，涉及一种高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池的高能量密度，成本低，环境友好等特点使之成为下一代储能设备的理想候选之一。目前，锂硫电池商业化的最大阻碍是可溶性多硫化锂的穿梭效应，这会导致电池循环性能差，锂负极腐蚀等一系列问题。针对多硫化锂的穿梭效应，研究人员主要从正极材料、隔膜、电解液、粘结剂等方面出发寻找解决方案。

近年来，基于隔膜抑制多硫化锂的穿梭效应备受研究者们的关注。传统锂硫电池中的商用聚丙烯隔膜用于隔离正负电极，并为锂离子提供扩散通道，但不能缓解锂硫电池的穿梭效应。目前，关于隔膜的大量研究工作致力于以下两个方向：制备新型隔膜或改进商用隔膜。两者的目的均为制备功能性的隔膜以抑制多硫化锂的穿梭效应。目前报道过的隔膜材料往往具有以下缺点：(1)导电性差，导致溶解在电解质中或积聚在隔膜上的多硫化锂难以参与后续的电化学反应，硫利用率低；(2)对多硫化锂的亲和力差，从而对多硫化锂穿梭效应的抑制效果不好。同时，为了满足锂离子的通过，以及提供丰富的多硫化锂吸附位点，材料还要具有丰富的孔结构以及高比表面积。综上，制备多功能的隔膜材料依然备受挑战。

发明内容

为了解决目前商用隔膜无法抑制多硫化锂穿梭效应的不足，以及开发功能性的隔膜以得到高性能的锂硫电池，本发明提供一种基于高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜及其制备方法和应用。该隔膜可以有效抑制多硫化锂的穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。

本发明的目的在于提供一种基于高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述功能性隔膜在锂硫电池中的应用。

为实现上述目的，所采取的技术方案：一种基于高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜，所述功能性隔膜是将高比表面积介孔氧化铝(MA)和石墨烯(G)的混合物(MA@G)负载在PP隔膜上得到的。

优选地，所述PP隔膜上高比表面积介孔氧化铝(MA)和石墨烯(G)的混合物的负载量为0.15～0.30mg·cm^-2。

本发明提供了上述所述的基于高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1.将硬脂酸溶解于正丙醇中，加入水搅拌，加入仲丁醇铝搅拌均匀后静态加热，加热后将产品过滤、洗涤和干燥，后经过煅烧，制得高比表面积介孔氧化铝(MA)。

S2.将步骤S1制备的高比表面积介孔氧化铝(MA)与石墨烯(G)在无水乙醇中超声混合，以PP隔膜为基底进行抽滤，最后干燥制得高比表面积介孔氧化铝和石墨烯(MA@G)修饰的隔膜，即为基于高比表面积介孔氧化铝的功能性隔膜。

优选地，所述步骤S1中，加入水后搅拌时间为25-30分钟；所述静态加热条件为100～105℃下加热50～55小时；所述洗涤所用的溶剂为99％无水乙醇；所述干燥条件为50～55℃下烘干12～18小时；所述煅烧条件为在410～415℃下氮气氛围中第一次煅烧，第一次煅烧的时间为4～4.5小时，然后在420～425℃下空气氛围中进行第二次煅烧，第二次煅烧的时间为4～4.5小时；更优选地，所述第一次煅烧的升温速率为2～5℃/分钟，所述第二次煅烧的升温速率为2～5℃/分钟。

优选地，所述步骤S1中，所述硬脂酸、仲丁醇铝、正丙醇和水的质量体积比为(5.0～5.2)g：(13.5～14)g：(100～110)ml：(3.1～3.2)ml。