[0014] 下面对本发明实施例作具体详细的说明,本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0015] 实施例1
[0016] 一种Mxene/PVDF锂‑硫电池隔膜的制备方法,具体包括以下步骤:
[0017] S1:将LiF加入到含有氯盐的盐酸溶液中,搅拌均匀得到刻蚀液,将Ti3AlC2前驱体粉碎过100目筛后加入到刻蚀液中,然后在温度为61℃下以转速500r/min的条件反应3h,备用。
[0018] S2:向步骤S1中加入0.2mol/L的CTAB持续搅拌30min,然后放置在‑60℃的条件下迅速冷冻0.5h,然后取出放置在室温条件下,待内部温度升至1℃时,超声处理20min,如此进行冷冻‑超声循环操作4次,然后加入去离子水,开始静置等待分层,取下层液体冷冻干燥,得到Mxene材料,备用;其中LiF、盐酸溶液和Ti3AlC2的质量体积比为1.88g:20mL:1.69g。
[0019] S3:将步骤S2中的Mxene材料产物加入到蒸馏水中,超声搅拌使其充分分散,然后加入九水合硝酸铁、多巴胺和氨基酸,搅拌溶解后转移至聚四氟乙烯反应釜中,然后加热至150℃反应2h,冷却,过滤,然后放置在管式炉中在氮气氛围下于200℃烧培2h,冷却,备用;
其中Mxene材料、九水合硝酸铁、多巴胺、氨基酸和蒸馏水的质量体积比为3g:1.2g:0.96g:
0.66g:10mL。
[0020] S4:将步骤S3中得到的产物加入到N,N‑二甲基甲酰胺中,超声搅拌分散均匀,然后加入聚偏氟乙烯并开始升温至50℃磁力搅拌3h后,将其倒入带槽玻璃板中,进行刮涂使膜的厚度保持在1mm,最后在烘箱中70℃真空干燥3h后得到所述隔膜;其中步骤S3中得到的产物、聚偏氟乙烯和N,N‑二甲基甲酰胺的质量体积比为2.5g:7g:30mL。
[0021] 实施例2
[0022] 一种Mxene/PVDF锂‑硫电池隔膜的制备方法,具体包括以下步骤:
[0023] S1:将LiF加入到含有氯盐的盐酸溶液中,搅拌均匀得到刻蚀液,将Ti3AlC2前驱体粉碎过150目筛后加入到刻蚀液中,然后在温度为64℃下以转速550r/min的条件反应6h,备用。
[0024] S2:向步骤S1中加入0.5mol/L的CTAB持续搅拌60min,然后放置在‑48℃的条件下迅速冷冻2h,然后取出放置在室温条件下,待内部温度升至3℃时,超声处理30min,如此进行冷冻‑超声循环操作6次,然后加入去离子水,开始静置等待分层,取下层液体冷冻干燥,得到Mxene材料,备用;其中LiF、盐酸溶液和Ti3AlC2的质量体积比为2.69g:40mL:2.85g。
[0025] S3:将步骤S2中的Mxene材料产物加入到蒸馏水中,超声搅拌使其充分分散,然后加入九水合硝酸铁、多巴胺和氨基酸,搅拌溶解后转移至聚四氟乙烯反应釜中,然后加热至180℃反应4h,冷却,过滤,然后放置在管式炉中在氮气氛围下于300℃烧培3h,冷却,备用;
其中Mxene材料、九水合硝酸铁、多巴胺、氨基酸和蒸馏水的质量体积比为5.5g:1.8g:
1.28g:0.92g:25mL。
[0026] S4:将步骤S3中得到的产物加入到N,N‑二甲基甲酰胺中,超声搅拌分散均匀,然后加入聚偏氟乙烯并开始升温至60℃磁力搅拌6h后,将其倒入带槽玻璃板中,进行刮涂使膜的厚度保持在3mm,最后在烘箱中80℃真空干燥5h后得到所述隔膜;其中步骤S3中得到的产物、聚偏氟乙烯和N,N‑二甲基甲酰胺的质量体积比为3.6g:15g:50mL。
[0027] 实施例3
[0028] 一种Mxene/PVDF锂‑硫电池隔膜的制备方法,具体包括以下步骤:
[0029] S1:将LiF加入到含有氯盐的盐酸溶液中,搅拌均匀得到刻蚀液,将Ti3AlC2前驱体粉碎过120目筛后加入到刻蚀液中,然后在温度为62℃下以转速520r/min的条件反应4h,备用。
[0030] S2:向步骤S1中加入0.3mol/L的CTAB持续搅拌40min,然后放置在‑50℃的条件下迅速冷冻1h,然后取出放置在室温条件下,待内部温度升至2℃时,超声处理25min,如此进行冷冻‑超声循环操作5次,然后加入去离子水,开始静置等待分层,取下层液体冷冻干燥,得到Mxene材料,备用;其中LiF、盐酸溶液和Ti3AlC2的质量体积比为1.99g:28mL:1.96g。
[0031] S3:将步骤S2中的Mxene材料产物加入到蒸馏水中,超声搅拌使其充分分散,然后加入九水合硝酸铁、多巴胺和氨基酸,搅拌溶解后转移至聚四氟乙烯反应釜中,然后加热至160℃反应3h,冷却,过滤,然后放置在管式炉中在氮气氛围下于250℃烧培2.5h,冷却,备用;其中Mxene材料、九水合硝酸铁、多巴胺、氨基酸和蒸馏水的质量体积比为4g:1.4g:
1.09g:0.78g:15mL。
[0032] S4:将步骤S3中得到的产物加入到N,N‑二甲基甲酰胺中,超声搅拌分散均匀,然后加入聚偏氟乙烯并开始升温至55℃磁力搅拌4h后,将其倒入带槽玻璃板中,进行刮涂使膜的厚度保持在2mm,最后在烘箱中75℃真空干燥4h后得到所述隔膜;其中步骤S3中得到的产物、聚偏氟乙烯和N,N‑二甲基甲酰胺的质量体积比为2.9g:10g:40mL。
[0033] 实施例4
[0034] 一种Mxene/PVDF锂‑硫电池隔膜的制备方法,具体包括以下步骤:
[0035] S1:将LiF加入到含有氯盐的盐酸溶液中,搅拌均匀得到刻蚀液,将Ti3AlC2前驱体粉碎过140目筛后加入到刻蚀液中,然后在温度为63℃下以转速540r/min的条件反应5h,备用。
[0036] S2:向步骤S1中加入0.4mol/L的CTAB持续搅拌50min,然后放置在‑55℃的条件下迅速冷冻1.5h,然后取出放置在室温条件下,待内部温度升至3℃时,超声处理30min,如此进行冷冻‑超声循环操作6次,然后加入去离子水,开始静置等待分层,取下层液体冷冻干燥,得到Mxene材料,备用;其中LiF、盐酸溶液和Ti3AlC2的质量体积比为2.44g:35mL:2.65g。
[0037] S3:将步骤S2中的Mxene材料产物加入到蒸馏水中,超声搅拌使其充分分散,然后加入九水合硝酸铁、多巴胺和氨基酸,搅拌溶解后转移至聚四氟乙烯反应釜中,然后加热至170℃反应4h,冷却,过滤,然后放置在管式炉中在氮气氛围下于280℃烧培3h,冷却,备用;
其中Mxene材料、九水合硝酸铁、多巴胺、氨基酸和蒸馏水的质量体积比为5.g:1.6g:1.24g:
0.90g:20mL。
[0038] S4:将步骤S3中得到的产物加入到N,N‑二甲基甲酰胺中,超声搅拌分散均匀,然后加入聚偏氟乙烯并开始升温至55℃磁力搅拌5h后,将其倒入带槽玻璃板中,进行刮涂使膜的厚度保持在3mm,最后在烘箱中78℃真空干燥5h后得到所述隔膜;其中步骤S3中得到的产物、聚偏氟乙烯和N,N‑二甲基甲酰胺的质量体积比为3.4g:14g:48mL。
[0039] 对比例1
[0040] 商用Nafion电池隔膜。
[0041] 实验例
[0042] 性能测试——将实施例1~4制备得到的锂‑硫电池隔膜进行组装电池,其中正极为升华硫、Super P和粘结剂以质量比为6:2:2研磨后加入到N‑甲基吡咯烷酮中,球磨,刮涂在铝板上,烘干得到;负极为锂金属片,电解液为锂盐和1,3‑二氧戊环/乙二醇二甲醚的混合溶液,其中锂盐是1M的LiTFSI,混合液中含有1wt.%的硝酸锂作添加剂,采用武汉蓝电测试系统对所制得锂‑硫电池进行测试,充放电电压范围为1.7~2.8V,电流密度为0.2C,测试结果如表1所示,
[0043] 表1.测试结果:
[0044]
[0045] 从表1中可以看出,本发明实施例1~4制备的隔膜材料组装成锂‑硫电池后其首次放电比容量在969.4mAh/g以上,在循环100圈以后其放电比容量依然保持在919.3mAh/g以上,循环200圈以后其放电比容量在851.1mAh/g以上,相比较对比例1中的隔膜材料,本发明隔膜组装成的电池具有优异的放电比容量和循环稳定性。