电池隔膜修饰层材料、隔膜及锂硫电池.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CN112271404A(43)申请公布日2021.01.26(21)申请号202011312739.8(22)申请日2020.11.20(71)申请人南开大学地址300071天津市南开区卫津路94号(72)发明人李国然王巍高学平刘胜(74)专利代理机构太原倍智知识产权代理事务所(普通合伙)14111代理人张宏(51)Int.Cl.H01M50/446(2021.01)H01M50/443(2021.01)H01M50/403(2021.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书2页说明书12页附图3页(54)发明名称电池隔膜修饰层材料、隔膜及锂硫电池(57)摘要本发明涉及一种电池隔膜修饰层材料、隔膜及锂硫电池，所述的电池隔膜修饰层材料是由硒掺杂的硫化聚丙烯腈Se0.06SPAN和蒙脱土MMT构成的插层复合材料，其中，硒掺杂的硫化聚丙烯腈和蒙脱土的质量比为（1‑5）:1；硒掺杂的硫化聚丙烯腈中，硫和硒的质量比为1:（10‑20）。上述电池隔膜修饰层材料具有电化学活性的、能有效限制多硫离子穿梭，且同时具有催化多硫离子转换能力。采用本发明设计的隔膜的锂硫电池具有优异的循环稳定性；且隔膜在高硫负载的条件下具有高的面容量，可重复循环使用，具有良好的应用效果。CN112271404ACN112271404A权利要求书1/2页1.一种电池隔膜修饰层材料，其特征在于：是由硒掺杂的硫化聚丙烯腈Se0.06SPAN和蒙脱土MMT构成的插层复合材料，其中，硒掺杂的硫化聚丙烯腈和蒙脱土的质量比为（1-5）:1；硒掺杂的硫化聚丙烯腈中，硫和硒的质量比为1:（10-20）。2.根据权利要求1所述的电池隔膜修饰层材料，其特征在于：硒掺杂的硫化聚丙烯腈（Se0.06SPAN）直径为100-200nm的小球，蒙脱土（MMT）为层间距在1.5-3nm之间的片层材料，其中片层材料的尺寸在微米级别。3.制备如权利要求1或2所述的电池隔膜修饰层材料的方法，其特征在于，包括：步骤一，对蒙脱土进行有机改性，步骤二，丙烯腈在上述有机改性后的蒙脱土层间原位聚合形成聚丙烯腈/蒙脱土插层复合材料PAN/MMT；步骤三，S和Se的混合物经热处理后制备获得硒掺杂硫Se0.06S；步骤四，将步骤三获得的Se0.06S和步骤二获得的PAN/MMT混合研磨，得到的混合物热处理后得到所述的电池隔膜修饰层材料Se0.06SPAN/MMT。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤一中，对蒙脱土进行有机改性的方法包括以下步骤：步骤一-（1），将蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵（CATB）分别溶于去离子水中；步骤一-（2），通过蠕动泵将十六烷基三甲基溴化铵溶液缓慢加入蒙脱土的溶液中获得混合液；步骤一-（3），将步骤一-（2）中获得的混合液放置于70℃的水浴锅中搅拌4小时，以使离子交换过程充分完成；步骤一-（4），将步骤一-（3）中所得的离子交换产物用水和乙醇离心洗涤数次，直到用硝酸银在洗涤液中检验不到溴离子为止；步骤一-（5），将步骤一-（4）中洗涤完的产物放入烘箱中烘干后研磨备用。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中，具体包括：步骤二-（1），除去丙烯腈中的阻聚剂：用磷酸和氢氧化钠分别洗涤丙烯腈以除去丙烯腈中的阻聚剂，之后再用去离子水洗涤以除去丙烯腈中残留的酸碱；步骤二-（2），将氯化钙放入步骤二-（1）已处理好的丙烯腈中以除去其中的水分，然后密封放入冰箱中保存；步骤二-（3），将步骤（一）获得的有机改性后的蒙脱土和去离子水放入三颈烧瓶中，充分搅拌获得均匀悬浮液；步骤二-（4），将步骤步骤二-（2）获得的丙烯腈加入步骤二-（3）的悬浮液中，进行超声分散以使丙烯腈和蒙脱土充分混合，形成分散液；步骤二-（5），向步骤二-（4）里的分散液中持续通氮气以确保三颈烧瓶中呈现惰性气氛；步骤二-（6），将引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）快速加入步骤（5）得到的分散液中，并迅速将三颈烧瓶密封；步骤二-（7），将步骤二-（6）得到的三颈烧瓶放入水浴锅中，于70℃条件下持续搅拌以确保丙烯腈在蒙脱土层间完成原位聚合；步骤二-（8），将步骤二-（7）所得到的反应液离心洗涤数次得到PAN/MMT复合材料；2CN112271404A权利要求书2/2页步骤二-（9），将步骤二-（8）所得的复合材料放入烘箱中烘干后研磨备用。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤三中，具体包括：步骤三-（1），用乙醇作为分散液，将S和Se以15:1的质量比加入分散液中放入球磨罐里充分研磨；步骤三-（2），用真空抽滤的方法获得研磨后的混合物，并将混合物放入烘箱中干燥；步骤三-（3），将烘干后的混合物密封到充满惰性气氛的容器中，并于250℃的