一种功能化改性隔膜及制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114204214A(43)申请公布日2022.03.18(21)申请号202111508062.XH01M50/449(2021.01)(22)申请日2021.12.10H01M50/491(2021.01)(71)申请人哈尔滨师范大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区和兴路50号(72)发明人张喜田王鑫玥魏卓硕韩凤凤武立立(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人李红媛(51)Int.Cl.H01M50/417(2021.01)H01M10/052(2010.01)H01M50/403(2021.01)H01M50/44(2021.01)权利要求书2页说明书9页附图8页(54)发明名称一种功能化改性隔膜及制备方法和应用(57)摘要一种功能化改性隔膜及制备方法和应用，它涉及一种隔膜及制备方法和应用。本发明的目的是要解决锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应，即限制锂硫电池发展和实际应用的问题。功能化改性隔膜为碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰的聚丙烯隔膜；所述的碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维为三维立体网络结构，碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维的质量比为(2～10):1；其中，碳化钒纳米带宽度为10～50nm，长度为100nm～20μm，层数为1～30层，(002)晶面间距为0.2～0.9nm。方法：一、合成碳化钒纳米带；二、碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰聚丙烯隔膜。功能化改性隔膜作为锂硫电池、钾硫电池或钠硫电池的隔膜使用。CN114204214ACN114204214A权利要求书1/2页1.一种功能化改性隔膜，其特征在于一种功能化改性隔膜为碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰的聚丙烯隔膜；所述的碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维为三维立体网络结构，碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维的质量比为(2～10):1；其中，碳化钒纳米带宽度为10～50nm，长度为100nm～20μm，层数为1～30层，(002)晶面间距为0.2～0.9nm。2.根据权利要求1所述的一种功能化改性隔膜，其特征在于碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维在聚丙烯隔膜上的负载量为0.1～5mg/cm2。3.如权利要求1所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于一种功能化改性隔膜的制备方法是按以下步骤制备的：一、合成碳化钒纳米带：①、将LiF加入到HCl水溶液中，再加入V2AlC，搅拌均匀，得到混合液；②、将混合液转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，再将聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜在温度为85℃～90℃下保存100h～130h，得到黑色的沉淀物；③、首先以盐酸溶液为清洗剂对黑色固体物质离心清洗5～6次，弃掉盐酸溶液，得到盐酸溶液清洗后的沉淀物质；再以LiCl溶液为清洗剂对盐酸溶液清洗后的沉淀物质离心清洗5～6次，收集上清液，再将上清液在9000转/分的离心速度下离心40～45min，得到反应产物；将反应产物在真空干燥箱中干燥，得到碳化钒纳米带；二、碳化钒纳米带与科琴黑纳米纤维复合修饰聚丙烯隔膜：①、将科琴黑和碳化钒纳米带混合，得到科琴黑/碳化钒纳米带混合物；②、将科琴黑/碳化钒纳米带混合物与聚偏二氟乙烯混合，得到溶质；再将溶质加入N‑甲基吡咯烷酮中，超声处理，得到悬浮液；③、采用真空抽离将通过真空抽滤将悬浮液抽到聚丙烯隔膜上，再放入真空干燥箱中干燥，得到功能化改性隔膜。4.根据权利要求3所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的LiF的质量与HCl水溶液的体积比为(2g～4g):20mL；步骤一①中所述的HCl水溶液的质量分数为5％～38％。5.根据权利要求3所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的V2AlC的质量与HCl水溶液的体积比为(0.6g～1g):20mL。6.根据权利要求3所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于步骤一③中所述的盐酸溶液由20mL质量分数为37％的盐酸和180mL去离子水混合而成。7.根据权利要求3所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于步骤一③中所述的LiCl溶液为7.63～8gLiCl溶解到180mL去离子水中；步骤一③中所述的真空干燥箱的温度为60℃，所述的干燥的时间为10h～12h。8.根据权利要求3所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的科琴黑和碳化钒纳米带的质量比为2:8；步骤二②中所述的科琴黑/碳化钒纳米带混合物与聚偏二氟乙烯的质量比为9:1。9.根据权利要求3所述的一种功能化改性隔膜的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的溶质的质量与N‑甲基吡咯烷酮的体积比为(0.5g～1.2g):10mL；步骤二②中所述的超声处理的功率为100W～500W，超声处理的时间为2h～3h