一种石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层及其制备方法和应用.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CN112421133A(43)申请公布日2021.02.26(21)申请号202011205170.5(22)申请日2020.11.02(71)申请人广东工业大学地址510090广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人肖迎波张琪郭思嘉黄少铭(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人陈嘉毅(51)Int.Cl.H01M10/42(2006.01)H01M50/403(2021.01)H01M50/451(2021.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种石墨烯/功能化金属‑有机框架材料复合插层及其制备方法和应用，本发明以一定配比的金属‑有机框架材料和石墨烯为主体制得石墨烯/功能化金属‑有机框架材料复合插层，将其置于锂硫电池非极性隔膜的阴极侧，可促进电解液吸收和锂离子扩散，有效减小界面阻抗，吸附多硫化物以限制其扩散，抑制多硫化物的穿梭效应，减少活性物质的损失，组装成的锂硫电池在高倍率下容量高且衰减慢，表现出优异的循环稳定性和倍率性能，可广泛应用于锂硫电池中。CN112421133ACN112421133A权利要求书1/1页1.一种石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层，其特征在于，包括石墨烯和功能化金属-有机框架材料，其中功能化金属-有机框架材料分布在石墨烯表面，石墨烯和功能化金属-有机框架材料的质量比为5～1:1，所述功能化金属-有机框架材料为UIO-66、UIO-66-COOH、UIO-66-2OH、UiO-66-2NH2中的一种或几种。2.根据权利要求1所述石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层，其特征在于，所述石墨烯和功能化金属-有机框架材料的质量比为3～1:1。3.根据权利要求1或2所述石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层，其特征在于，所述功能化金属-有机框架材料为UIO-66-COOH、UIO-66-2OH、UiO-66-2NH2中的一种或几种。4.权利要求1～3任一项所述石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将石墨烯和功能化金属-有机框架材料混合均匀，得到石墨烯/功能化金属-有机框架材料分散液；S2.将步骤S1的石墨烯/功能化金属-有机框架材料分散液，沉积到锂硫电池非极性隔膜上，干燥后制得石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述石墨烯/功能化金属-有机框架材料分散液中的功能化金属-有机框架材料的浓度为0.2～4mg/mL。6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述石墨烯/功能化金属-有机框架材料分散液中的石墨烯的浓度为0.1～2mg/mL。7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤S2所述非极性隔膜为聚丙烯隔膜和/或玻纤隔膜。8.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2所述沉积到锂硫电池非极性隔膜的石墨烯/功能化金属-有机框架材料的面密度为0.1～0.5mg/cm2。9.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述溶剂为水、乙醇、甲醇中的一种。10.权利要求1～3任一项所述石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层在锂硫电池中的应用。2CN112421133A说明书1/5页一种石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及电池材料技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯/功能化金属-有机框架材料复合插层及其制备方法和应用。背景技术[0002]锂硫电池具有超高的能量密度和理论容量，并且原料丰富、价格便宜和环境友好。然而，锂硫电池也存在一些固有的缺陷，可溶性多硫化物存在严重的穿梭行为，易导致活性物质的损失，严重影响着电池的循环性能和使用寿命。为了实现其商业化，这些问题需要被有效解决。[0003]隔膜材料应用于锂硫电池中，对多硫化锂具有吸附和阻挡作用，以防止其发生穿梭行为。现阶段的研究表明在正极和隔膜之间增加插层材料后，可以进一步抑制多硫化物的穿梭效应、改善电极电化学反应动力学从而提升锂硫电池性能。近年来，碳材料被广泛应用于锂硫电池插层，但是非极性的碳材料与极性多硫化物之间的相互作用弱，限制了其进一步应用。因此，合理设计复合插层材料非常关键。中国专利CN111554936A(公开日2020.5.18)公开了一种锂硫电池用导电MOF修饰碳纤维纸插层材料，利用金属-有机框架材料Co3(HITP)2附着在亲水性的碳纤维纸中碳纤维的表面上制得导电MOF修饰的碳纤维纸材料，并作为锂硫电池的插层材料，以解决插