[发明专利]一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li-S电池隔膜中的应用

说明书

本发明涉及一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li‑S电池隔膜中的应用，首先将硼化镁通过物理剥离法进行剥离，之后再进行分离和干燥，得到硼化镁纳米片，再将所得到的硼化镁纳米片用于修饰聚丙烯隔膜的制备中。本发明采用常温液相剥离法，能在温和的条件下快速、低成本和无污染的得到单层或少层硼化镁，硼化镁纳米片比表面积相对较大，不仅拥有接近于碳材料的理论密度和可媲美金属的导电性，而且显示出独特的多硫化锂表面吸附及催化机制的特性，将其作为锂硫电池隔膜修饰材料，以很好的缓解锂硫电池的“穿梭效应”，提高锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及Li-S电池用隔膜技术领域，具体是一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li-S电池隔膜中的应用。

背景技术

锂硫(Li-S)电池体系采用单质硫作为正极材料，其理论比容量为1675mAh/g，在与金属锂匹配组装成电池时，其理论质量能量密度可高达2600Wh/kg，体积能量密度可达到2800Wh/h，远高于现在的商用二次电池，并且硫单质在地球中的储量非常丰富，其价格也比较低廉，对环境友好，因此被认为是下一代储能体系。随着环境和能源问题的日益严峻，新能源的开发与利用日益受到世界各国的重视，因此，高能量密度的锂硫电池的开发迫在眉睫。然而目前的锂硫电池还无法满足快速发展的电动汽车等新型电子设备的要求。

虽然锂硫电池具有以上诸多优点，但是在目前的研究中还是面临着一些问题：在电化学反应产生的中间产物多硫化锂会溶解在电解液中，并且会迁移、扩散，与负极锂发生反应，最终造成电池中有效物质的不可逆损失，这一过程称为“穿梭效应”。穿梭效应会降低硫的利用率，并且会导致电池容量的快速衰减以及电池的永久失效。该问题严重阻碍了锂硫电池产业的商业化应用。

目前常用的锂硫电池隔膜多为聚丙烯(PP)隔膜，该类型的隔膜具有良好的离子传导率，但是，其在高温下容易变形，多硫化锂(Li₂S_n)容易穿梭，最终会造成电池内部的短路。隔膜修饰是抑制锂硫电池中多硫化锂“穿梭效应”的有效方法。通常情况下，隔膜修饰主要分为两种类型：①用抑制多硫化锂扩散的涂层修饰隔膜；②制造新型隔膜，通过化学吸附抑制多硫化物的穿梭。其中，用抑制多硫化锂扩散的涂层修饰隔膜不仅可以改善正极导电性差的问题，而且还能够有效缓解多硫化锂在电解液中的穿梭效应。这种通过修饰隔膜提升电池性能的方式具有产量高、操作简单、表面均匀等优势，为锂硫电池商业化的实现提供了可能。

具有化学极性的金属硼化物可以用来修饰PP隔膜，它们与Li₂S_n之间具有较强的化学相互作用，可以有效固定Li₂S_n，另外金属硼化物还具有催化Li₂S_n向Li₂S转化的作用，这种催化作用是一种表面催化转化机制，因此受材料的比表面积影响很大。但是目前应用于锂硫电池的金属硼化物多为粒径较大的球状颗粒，相比纳米片结构来说活性比表面积相对较小，不能充分发挥金属硼化物较强的化学极性吸附作用和表面催化转化作用从而缓解“穿梭效应”。因此，亟需开发一种硼化镁纳米片的制备方法，进而利用硼化镁纳米片修饰隔膜，以很好的缓解锂硫电池的“穿梭效应”，提高锂硫电池的循环稳定性，使其更易于工业化应用，从而促进锂硫电池实现商业化。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li-S电池隔膜中的应用，首先将分散于溶剂中的硼化镁进行剥离，之后再进行分离和干燥，得到硼化镁纳米片，再将所得到的硼化镁纳米片用于作为锂硫电池的隔膜修饰材料。本发明提供的物理剥离法制备硼化镁纳米片的方法，能在温和的条件下快速、低成本和无污染的得到单层或少层硼化镁，由于硼化镁纳米片独特的表面吸附及催化特性，能很好的缓解锂硫电池的“穿梭效应”。

本发明的目的之一是提供一种物理剥离法制备硼化镁纳米片的方法，该方法具体包括以下步骤：