[发明专利]一种锰钴氧化物修饰复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，特别涉及一种锰钴氧化物修饰复合隔膜及其制备方法和应用。本发明提供的锰钴氧化物修饰复合隔膜，包括膜基底和覆盖在膜基底表面的多孔涂层；所述多孔涂层包括纳米笼状锰钴氧化物、导电碳材料和粘结剂。在本发明中，纳米笼状锰钴氧化物有利于促进锂氧电池中氧化还原媒介LiI的氧化还原电对反应动力学过程，提高Li₂O₂的分解效率，促进电池的循环效率；还可以有效吸附I₃^‑，从而达到抑制锂氧电池中“飞梭效应”的目的，提高电池的循环稳定性和使用寿命；导电碳能够为锰钴氧化物提供电子导电通道，提高电导率和锂离子迁移率的同时，还能够保证被锰钴氧化物捕获的I₃^‑重新利用。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，特别涉及一种锰钴氧化物修饰复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂氧电池是一种以过氧化锂的电化学合成和分解为主要反应机制的新型电化学储能系统，其具有超高的理论能量密度(11400Wh·kg^-1)，具有极高应用前景。但是由于过氧化锂自身的绝缘性以及与有机溶剂不溶，导致其分解过程的本征反应动力学迟滞，从而使电池表现出高过电势、低循环性能和有限的倍率性能等缺点，严重制约着锂氧电池的实际应用。

近些年，尽管固相催化剂的添加被认为可以提高其动力学过程，但大量研究发现固相催化剂很难在电池的多次循环中保持较高的催化能力，这与其活性位点被过氧化锂覆盖有直接关系。氧化还原媒介的开发被认为可以完全避免这一问题，通过将固/固界面的电荷传输有效地转移为液/固界面的电荷传输，可以降低氧气电极的界面穿荷阻抗，促进催化反应不断进行，从而达到减小电池的极化现象和延长电池循环寿命的目的。

目前，碘化锂(LiI)作为氧化还原媒介，凭借其最为适宜的氧化还原电势对得到了较多的关注，作用机理为：I^-失去电子被氧化为I₃^-或I₂，I₃^-或I₂通过电解液在电极表面和过氧化锂之间自由穿梭，有效地促进过氧化锂分解(Li₂O₂+I₃^-→O₂+I^-+Li⁺或3I₂+Li₂O₂→2Li⁺+2I₃^-+O₂)。然而，可溶性I₃^-或I₂不可避免地会由正极迁移到锂负极表面与其发生副反应，导致LiI的持续消耗和金属锂的不断腐蚀，即发生“飞梭效应”；此外，理论上，促进LiI的氧化还原电对转换的反应动力学也有利于过氧化锂的分解反应过程，有利于提高过氧化锂的分解，但目前为止依然缺乏催化氧化还原媒介电对转换动力学的策略。

抑制“飞梭效应”并提高氧化还原媒介电对转换动力学，对提高锂氧电池的寿命和改善锂氧电池的循环性能具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锰钴氧化物修饰复合隔膜，可以有效抑制锂氧电池中的“飞梭效应”，并且提高氧化还原媒介碘化锂的氧化还原电对的动力学转换，提高过氧化锂的分解效率，从而提高锂氧电池的寿命并改善锂氧电池的循环性能。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锰钴氧化物修饰复合隔膜，包括膜基底和覆盖在膜基底表面的多孔涂层；所述多孔涂层包括纳米笼状锰钴氧化物、导电碳材料和粘结剂。

优选的，所述纳米笼状锰钴氧化物、导电碳材料和粘结剂的质量比为(0.1～2)：(0.1～2)：1。