钴掺杂缺陷碳-含钴聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939658A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211604193.2D04H1/728(2012.01)(22)申请日2022.12.13D01F6/94(2006.01)D01F1/10(2006.01)(71)申请人中国石油大学(华东)D06M10/00(2006.01)地址266000山东省青岛市黄岛区长江西D06M101/30(2006.01)路66号(72)发明人张梦迪牟佳伟吴明铂胡涵董志亮孔硕硕(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463专利代理师张金铭(51)Int.Cl.H01M50/40(2021.01)H01M50/403(2021.01)H01M50/446(2021.01)D04H1/4334(2012.01)权利要求书1页说明书9页附图7页(54)发明名称钴掺杂缺陷碳-含钴聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和应用，具体涉及锂硫电池技术领域。该制备方法将含钴聚酰胺酸纺丝液进行第一静电纺丝，得到含钴聚酰胺酸纤维膜；再在其表面通过第二静电纺丝得到一层聚酰胺酸纤维膜，将得到的聚酰胺酸/含钴聚酰胺酸纤维膜进行热酰亚胺化处理和激光辐照，即可得到钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜。该制备方法通过静电纺丝技术与激光辐照诱导碳化技术联用，实现了功能层与绝缘层复合的锂硫电池隔膜的构筑，且具有工艺简单、成本低廉和高效可控的优点。CN115939658ACN115939658A权利要求书1/1页1.一种钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)在聚酰胺酸纺丝液中加入可溶性钴盐，得到含钴聚酰胺酸纺丝液；将含钴聚酰胺酸纺丝液进行第一静电纺丝，得到含钴聚酰胺酸纤维膜；(b)在含钴聚酰胺酸纤维膜表面使用聚酰胺酸纺丝液进行第二静电纺丝，得到一层聚酰胺酸纤维膜，即得到聚酰胺酸/含钴聚酰胺酸纤维膜；(c)对聚酰胺酸/含钴聚酰胺酸纤维膜进行热酰亚胺化处理，得到聚酰亚胺/含钴聚酰亚胺纤维膜；(d)对聚酰亚胺/含钴聚酰亚胺纤维膜进行激光辐照，得到钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含钴聚酰胺酸纺丝液中，聚酰胺酸的质量浓度为16.9‑17.5％；优选地，所述含钴聚酰胺酸纺丝液中，钴离子的质量浓度为2.5％‑3.2％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，使用CO2激光器进行所述激光辐照；优选地，所述激光辐照的功率为2.5W‑5.8W。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热酰亚胺化处理包括对聚酰胺酸/含钴聚酰胺酸纤维膜在空气中进行阶段式升温的步骤，升温速率为1℃/min‑3℃/min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述阶段式升温包括先升温至70℃‑90℃保温1h‑2h，然后升温至150℃‑170℃保温1h‑2h，再升温至240℃‑260℃保温1h‑2h，然后升温至290℃‑310℃保温0.5h‑1h，最后升温至350℃保温0.5h‑1h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐包括可溶性钴盐；优选地，所述可溶性钴盐包括硝酸钴、氯化钴和硫酸钴中的至少一种。7.根据权利要求1‑6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一静电纺丝和第二静电纺丝的工艺参数各自独立的包括：静电纺丝的电压为16kV‑20kV，注射器的给液速率为3μL/min‑18μL/min，接收器转速为1400r/min‑1600r/min，纺丝时间为1h‑3h。8.一种权利要求1‑7任意一项所述的制备方法制备得到的钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜。9.一种权利要求8所述的钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜在锂硫电池中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述锂硫电池主要由碳纳米管/硫正极、金属锂负极、钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜以及锂硫醚类电解液组装而成。2CN115939658A说明书1/9页钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其是涉及一种钴掺杂缺陷碳‑含钴聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和应用。背景技术[0002]锂硫电池因具有高能量密度、低成本和无污染等优势被认为是最有潜力的下一代能源存储设备之一。然而，锂硫电池中可溶性多硫化物存在严重的穿梭效应并且硫物种的反应动力学缓慢，导致锂硫电池实际倍率性能和循环性能较差，阻碍了其商业化的发展。[0003]隔膜起着隔开正负极防止电池内部短路的作用，在锂硫电池正极与隔膜之间增置兼具吸附与催化能力的夹层可以有效解决以上难题。在锂硫电池