CN114142172A - 功能隔膜其制备方法和含有其的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种功能隔膜其制备方法和含有其的锂离子电池。本申请中，所述功能隔膜包括隔膜层和均匀覆盖于所述隔膜层的功能层；所述功能层包括MXene二维材料层和覆盖于所述MXene二维材料层的氮掺杂碳层，其中，所述氮掺杂碳层上负载有过渡金属。本申请提供的功能隔膜是一种高度有序介孔修饰隔膜，通过有序介孔作为锂离子筛，均化从正极电解液流向负极界面的锂离子，诱导锂离子均匀在石墨层间的嵌入与脱出，有效缓解析锂与锂枝晶的生长，大大降低锂离子电池内短、热失控甚至爆炸的安全风险；本申请提供的功能隔膜具有高离子电导的特性协同促进锂离子的传输，快速的锂离子迁移有利于减小电池的电化学极化与提升电池的倍率性能。

Description

功能隔膜其制备方法和含有其的锂离子电池
技术领域
本发明涉及二次电池领域，特别涉及功能隔膜其制备方法和含有其的锂离子电池。
背景技术
随着锂离子电池技术的飞速发展，各种智能设备承载着体积小、能量足的锂离子电池走进了人们的日常生活中。在实现碳中和的推动下，电动汽车替代燃油车成为未来的发展趋势。电动汽车中，动力电池为其核心部件，它不仅是新能源汽车发展的重要技术，也是制约新能源汽车性能的瓶颈之一。然而，相比于电池性能，电池的安全性显得更加重要。由于目前锂离子电池仍然采用有机液态电解液，电池热失控后会引发严重的安全问题。通常电池热失控是由于负极表面析锂，造成内短路，电池瞬时电流激增，电池放热量聚集，导致电解液沸腾甚至燃烧，给使用者带来严重的安全风险。
为了克服负极表面析锂问题，现有技术中在电池在生产段会对正极涂料边缘进行削薄，并通过控制稍微过量的负极容量匹配正极容量，以保证正极脱出的锂能完全被负极材料吸收，从而避免析锂的发生。然而，电池在工作中，体系内的电化学反应是复杂的，电池在过充或者在极端条件下(低温)工作时，即使在严格设计的电芯容量下，也极大可能发生析锂，造成电池微短路。因此，寻找一种可以缓解负极表面析锂以及抑制析锂位点锂枝晶的生长的有效方法对电池的安全具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能隔膜，通过均化从正极电解液流向负极处的锂离子流，诱导锂离子均匀在电极层间的嵌入与脱出。即使出现析锂位点，均匀的锂离子流也能促进锂离子在析锂位点的均匀沉积，从而避免锂枝晶的生长，大大降低锂离子电池内短、热失控甚至爆炸的安全风险。
本发明的另一目的在于提供上述功能隔膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种含有上述功能隔膜的锂离子电池。
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种功能隔膜，所述功能隔膜包括隔膜层和位于所述隔膜层上的功能层；
所述功能层包括MXene二维材料层和位于所述MXene二维材料层上的氮掺杂碳层，其中，所述氮掺杂碳层包括过渡金属。
在一些优选的方案中，所述功能层的厚度为90至110nm，例如100nm。
在一些优选的方案中，所述过渡金属层中过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和V中至少一种。
在一些优选的方案中，所述功能层通过将过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene 二维材料施加于所述隔膜层形成。
在一些优选的方案中，所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的制备包括步骤：
将氮源施加于所述MXene二维材料，得到氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体；
将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体，并煅烧处理，即得过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料。
在一些优选的方案中，所述氮源选自壳聚糖、聚吡咯和多巴胺中至少一种，最优选地，所述氮源为多巴胺。
在一些优选的方案中，所述过渡金属盐选自过渡金属的氯盐、溴盐、碘盐、磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、碳酸盐、硅酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐和硝酸盐，其中所述过渡金属选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和V中至少一种，一些实施例中，所述过渡金属盐可以以水和物的形式施加，例如四水氯化锰。
本发明的第二方面提供了本发明第一方面所述的功能隔膜的制备方法，所述方法包括步骤：
制备过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料；
将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料施加于所述隔膜层。
在一些优选的方案中，施加于所述隔膜层上的所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的 MXene二维材料的量为10至15μg/cm2。
在一些优选的方案中，所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料为多巴胺包覆的MXene二维材料。
在一些优选的方案中，所述制备过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的步骤包括：
将氮源施加于MXene二维材料，得到氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体；
将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体，并煅烧处理，即得所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料。
在一些优选的方案中，所述将氮源施加于所述MXene二维材料的步骤包括：
在去离子水中依次加入所述MXene二维材料和所述氮源，并搅拌均匀。
在一些优选的方案中，所述MXene二维材料和所述氮源的投料质量比为(45至65):(25至35)，例如50:30。
在一些优选的方案中，所述搅拌的时间不少于10小时，更优选不少于20小时，更优选不少于25小时，更优选不少于30小时。
在一些优选的方案中，所述将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的步骤包括：
将所述过渡金属盐加入所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的悬浊液中，搅拌均匀，得混合液，将所述混合液冷冻干燥得到固体产物，将所述固体产物煅烧处理。
在一些优选的方案中，每毫升悬浊液包含所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的质量为0.5至1.2mg，例如1mg。
在一些优选的方案中，所述混合液中，所述过渡金属盐的浓度优选为0.001至0.01mol/L，例如0.001mol/L、0.003mol/L、0.005mol/L或0.01mol/L。
在一些优选的方案中，所述煅烧处理的温度600至1000℃，更优选为700至900℃，更优选为750至950℃，例如800℃。
在一些优选的方案中，所述煅烧处理在管式炉中进行，所述管式炉的升温速率为3至 7℃/min，更优选为4至6℃/min，例如5℃/min。
在一些优选的方案中，所述将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料施加于所述隔膜层的步骤包括：
将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料与水的混合液涂布在所述隔膜层上，干燥。
本发明第三方面还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本发明第一方面所述的功能隔膜。
在一些优选的方案中，所述锂离子电池为锂硫电池。
本发明相对于现有技术而言，至少具有下述优点：
(1)本发明提供的功能隔膜是一种高度有序介孔修饰隔膜，通过有序介孔作为锂离子筛，均化从正极电解液流向负极界面的锂离子，诱导锂离子均匀在石墨层间的嵌入与脱出，有效缓解析锂于锂枝晶的生长，大大降低锂离子电池内短、热失控甚至爆炸的安全风险。
(2)本发明提供的功能隔膜具有高离子电导的特性协同促进锂离子的传输，快速的锂离子迁移有利于减小电池的电化学极化与提升电池的倍率性能。
(3)本发明提供的功能隔膜应用于锂硫电池，能够阻止锂硫反应中间产物的迁移，抑制穿梭效应，提高容量发挥效率。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
图1是根据本发明实施例中过渡金属改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料的形貌图；
图2是根据本发明实施例中未经过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料 M@NPC的形貌结构图。
具体实施方式
锂离子电池负极表面析锂产生锂枝晶是造成电池安全事故的重要因素，目前还没有可以缓解负极表面析锂以及抑制析锂位点锂枝晶的生长的有效方法。本发明人在研究中意外发现，将隔膜进行如本发明第一方面所述的改性，即提供一种功能隔膜，所述功能隔膜包括隔膜层和均匀覆盖于所述隔膜层的功能层；所述功能层包括MXene二维材料层和覆盖于所述 MXene二维材料层的氮掺杂碳层，其中，所述氮掺杂碳层上负载有过渡金属。由于所述功能隔膜在隔膜上构筑一层高度有序的介孔锂离子筛，从正极电解液流向负极处的锂离子流，诱导锂离子均匀在石墨层间的嵌入与脱出。而且，即使仍旧出现析锂位点，均匀的锂离子流也能促进锂离子在析锂位点的均匀沉积，从而避免锂枝晶的生长，大大降低锂离子电池内短、热失控甚至爆炸的安全风险。
此外，发明人还发现，由于将隔膜进行如本发明第一方面所述的改性，使得隔膜具有高离子电导的特性，能促进锂离子在孔道内的快速转移，提高锂离子在电极间的迁移率，提高锂离子电池的倍率性能。
进一步地，发明人还发现，所述功能层的厚度为90至110nm(例如100nm)时，可以在不影响或仅微弱影响电池的内部阻力的前提下，大幅提升电池的安全性能。
进一步地，发明人还发现，所述过渡金属层中过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和V时，获得的功能层材料介孔更有序；更优选地，所述过渡金属层中过渡金属元素选自Fe、Cu或Zn。
在一些优选的方案中，所述功能层通过将过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene 二维材料施加于所述隔膜层形成。
在一些优选的方案中，所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的制备包括步骤：
将氮源施加于所述MXene二维材料，得到氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体；
将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体，并煅烧处理，即得过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料。
进一步地，发明人还发现，制备表面包覆氮掺杂碳层的MXene二维材料时，使用选自壳聚糖、聚吡咯和多巴胺中至少一种作为氮源(例如多巴胺)，所得的电池循环寿命更佳。
在一些优选的方案中，所述过渡金属盐选自过渡金属的氯盐、溴盐、碘盐、磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、碳酸盐、硅酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐和硝酸盐，其中所述过渡金属选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和V中至少一种，一些实施例中，所述过渡金属盐可以以水和物的形式施加，例如四水氯化锰。
本发明的一些实施方式中还提供了本发明第一方面所述的功能隔膜的制备方法，所述方法包括步骤：
制备过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料；
将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料施加于所述隔膜层。
在一些优选的方案中，所述隔膜层上施加的所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的 MXene二维材料的量为10至15μg/cm2，发明人经过详尽的实验优化，认为施加所述量的所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料所得的功能隔膜应用于锂离子电池，可以获得较好的循环性能。
在一些优选的方案中，所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料为多巴胺包覆的MXene二维材料。
在一些优选的方案中，所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的步骤包括：
将氮源施加于MXene二维材料，得到氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体；
将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体，并煅烧处理，即得所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料。
在一些优选的方案中，所述将氮源施加于所述MXene二维材料的步骤包括：
在去离子水中依次加入所述MXene二维材料和所述氮源，并搅拌均匀。
在一些优选的方案中，所述MXene二维材料和所述氮源的投料质量比为(45至65):(25至35)，例如50:30。
在一些优选的方案中，所述搅拌的时间不少于10小时，更优选不少于20小时，更优选不少于25小时，更优选不少于30小时。
在一些优选的方案中，所述将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的步骤包括：
将所述过渡金属盐加入所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的悬浊液中，搅拌均匀，得混合液，将所述混合液冷冻干燥得到固体产物，将所述固体产物煅烧处理。
在一些优选的方案中，每毫升悬浊液包含所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的质量为0.5至1.2mg，例如1mg。
进一步地，为形成大小更均一，形状更规整的有序介孔，并进一步提高电极活性物质的利用率，在一些优选的方案中，每毫升悬浊液包含所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体的质量为0.8至1.2mg。
在一些优选的方案中，所述混合液中，过渡金属盐浓度优选为0.001至0.01mol/L，例如0.001mol/L、0.003mol/L、0.005mol/L或0.01mol/L。
进一步地，为避免形成金属团簇，减少对影响锂离子迁移的影响，在一些优选的方案中，所述混合液中，过渡金属盐浓度优选为0.001至0.005mol/L。在一些优选的方案中，所述煅烧处理的温度600至1000℃，更优选为700至900℃，更优选为750至950℃，例如 800℃。
在一些优选的方案中，所述煅烧处理在管式炉中进行，所述管式炉的升温速率为3至 7℃/min，更优选为4至6℃/min，例如5℃/min。
在一些优选的方案中，所述将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料施加于所述隔膜层的步骤包括：
将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料与水的混合液涂布在所述隔膜层上，干燥。
本发明的一些实施方式中还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本发明第一方面所述的功能隔膜。
在一些优选的方案中，所述锂离子电池为锂硫电池。发明人发现，所述功能隔膜应用于锂硫电池还可以起到出于意料的阻止锂硫反应中间产物的迁移，抑制穿梭效应，提高容量发挥效率，提高循环性能的优异效果。
术语
如本文所用，术语“MXene二维材料”指的是由MAX相处理所得的类石墨烯结构，其中，MAX相的具体分子式为Mn+1AXn(n＝1,2 or 3)，其中M指的是过渡金属，A指的是主族元素，X指的是C和/或N元素，例如：Ti2CTx,TiNbCTx,Ti3CNxTx,Ta4C3Tx,Nb2CTx, V2CTx,Nb4C3Tx,Mo2CTx,(Nb0.8Ti0.2)4C3Tx,(Nb0.8Zr0.2)4C3Tx,Zr3C2Tx和Hf3C2Tx。
如本文所用，术语“A@B”表示A被B包覆形成的包覆物，在本发明的一些实施例中，“M@NC”指的是过渡金属(NC)改性处理的多巴胺包覆的MXene(M)二维材料。
如本文所用，术语“A@B@PP”表示被A@B修饰的PP隔膜。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。
除非另有指明，本文所用的技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义，需要注意的是，本文所用的术语仅为了描述具体实施方式，而非意图限制本申请的示例性实施方式。
实施例1、功能隔膜的制备(氮源为多巴胺)
步骤1，多巴胺包覆的MXene二维材料前驱体的制备
MXene合成：
取市售MAX 2g(莱州凯烯陶瓷材料有限公司)，加入20mL HF，于聚四氟乙烯烧杯中搅拌24小时，随后转移到大离心管，采用超纯水洗4-5次，再将离心沉淀物，转移至密封玻璃瓶，加入40mL四甲基氢氧化氨(阿拉丁试剂)，离心剥离得到沉淀物。最后将沉淀物分散在400mL超纯水中，采用细胞破碎机分散离心后取上清液，得到MXene二维材料的悬浊液，定容。
取上述合成的MXene二维材料50mg量分散在500mL的去离子水溶液中，搅拌1小时，加入30mg多巴胺，25℃混合搅拌24小时；采用离心机离心并用去离子水洗涤3次，即得多巴胺包覆的MXene二维材料前驱体。
步骤2，过渡金属盐改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料的制备(M@NC)
取50mg步骤1所得的多巴胺包覆的MXene二维材料前驱体分散在50mL去离子水中，超声搅拌1小时；然后再将四水氯化锰加入到上述前驱体悬浊液中，超声搅拌1小时，得到溶解有锰离子的溶液(锰离子浓度为0.003mol/L)；将所得溶液采用去离子水离心清洗，冷冻干燥后得到黑色固体；将所得黑色固体放置于管式炉中煅烧，煅烧温度为800℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2小时，收集煅烧后的黑色粉末，即为经过渡金属改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料(M@NC)。所得材料使用电镜扫描的方式进行表征，见图1。
根据图1，材料上排布的介孔高度有序，从而可以均化正极电解液流向负极的锂离子流，诱导锂离子均匀在石墨层间的嵌入与脱出，缓解负极表面析锂。
步骤3，过渡金属改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料修饰隔膜(M@NC@PP隔膜)
将步骤2中所得的经过渡金属改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料黑色粉末重新分散在去离子水中，超声搅拌分散1小时，维持每毫升去离子水中分散有1mg M@NC二维材料；采用负压喷涂法将上述分散液涂布在聚丙烯隔膜上，得到过渡金属改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料(M@NC)修饰的隔膜，即功能隔膜，其中M@NC面载量为10至 15μg/cm2，厚度约为100nm。
实施例2至实施例3中，制备功能隔膜的方式与实施例1大致相同，不同在于步骤1中包覆MXene二维材料的包覆物不同，见表1。
表1
组别 氮源
实施例2 聚吡咯
实施例3 壳聚糖
实施例4至9中，制备功能隔膜的方式与实施例1大致相同，不同在于步骤2中所用过渡金属盐的种类不同，见表2。
表2
组别 过渡金属盐
实施例4 六水合氯化钴
实施例5 硝酸镍
实施例6 二水氯化铜
实施例7 六水合硝酸锌
实施例8 九水合硝酸铁
实施例9 乙酰丙酮钒
实施例10至实施例12中，制备功能隔膜的方式与实施例1大致相同，不同在于步骤2 中加入的四水氯化锰的量不同，所得的溶解有锰离子的溶液中锰离子浓度不同，见表3。
表3
组别 锰离子浓度
实施例10 0.001mol/L
实施例11 0.005mol/L
实施例12 0.01mol/L
实施例13至实施例15中，制备功能隔膜的方式与实施例1大致相同，不同在于步骤2 中配制的前驱体悬浊液中前驱体的质量不同前驱体，见表4。
表4
组别 每毫升悬浊液中前驱体的质量
实施例13 0.5mg
实施例14 0.8mg
实施例15 1.2mg
实施例16、锂离子电池的制备(石墨-NCM)
将实施例1得到的M@NC@PP功能隔膜提前置于60℃的真空烘箱干燥24小时后取出，直接用作隔膜，使用天然石墨为负极，NCM系为正极，进行组装，注入电解液，封口、化成、老化，获得锂离子电池。其中电解液为1M LiPF6溶解在体积比为1:1的EC(碳酸乙烯酯)和PC(碳酸丙烯酯)混合溶剂中制成。
实施例17、锂硫电池的制备
实施例1制备的M@NC@PP功能隔膜的应用如下：将得到M@NC@PP功能隔膜提前置于60℃的真空烘箱干燥24h后取出，直接用作隔膜。其中电解液为含1M LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)的DME(乙二醇二甲醚)、DOL(1,3-二氧戊环)溶液，两种溶剂的体积比为1:1，并添加2％质量比的LiNO3作为添加剂，以石墨烯负载硫为正极材料 (rGO/S)，金属锂片为负极，在氩气手套箱中，以CR2025型不锈钢为电池外壳组装成扣式锂硫电池。最后将制备的电池在电化学工作站上进行电化学性能测试。
实施例18至31中制备锂硫电池的方式与实施例17大致相同，不同在于，所用功能隔膜分别为实施例2至15中制备的功能隔膜。
对比例1、隔膜的制备
使用未经过渡金属改性处理的多巴胺包覆的MXene二维材料(无有序介孔构筑)作为功能层，采用负压喷涂法将上述分散液涂布在聚丙烯隔膜上作为隔膜。制备方法具体为：
步骤1，未经过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料(M@NPC)的制备
取MXene二维材料50mg量分散在500mL的去离子水中，搅拌1小时，加入30mg多巴胺，25℃混合搅拌24小时；采用离心机离心并用去离子水洗涤3次，即得多巴胺包覆的MXene二维材料前驱体。取50mg步骤1所得的多巴胺包覆的MXene二维材料前驱体)放置于管式炉中煅烧，煅烧温度为800℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2小时，收集煅烧后的黑色粉末，即为氮掺杂碳包覆的MXene二维材料(M@NPC)。M@NPC的形貌结构见图2。
根据图2，M@NPC材料介孔较少，且排布不均。
步骤2，M@NPC二维材料修饰隔膜(M@NPC@PP隔膜)
将步骤1中所得的M@NPC二维材料黑色粉末重新分散在去离子水中，超声搅拌分散1 小时，维持每毫升去离子水中分散有1mgM@NPC二维材料；采用负压喷涂法将上述分散液涂布在聚丙烯隔膜上，得到M@NPC@PP隔膜，其中M@NPC@PP面载量为10至15μ g/cm2，厚度约为100nm。
对比例2、锂硫电池的制备
对比例1制备的M@NPC@PP功能隔膜的应用如下：将得到M@NPC@PP功能隔膜提前置于60℃的真空烘箱干燥24h后取出，直接用作隔膜。其中电解液为含1M LiTFSI (双三氟甲烷磺酰亚胺锂)的DME(乙二醇二甲醚)、DOL(1,3-二氧戊环)溶液，两种溶剂的体积比为1:1，并添加2％质量比的LiNO3作为添加剂，以石墨烯负载硫为正极材料 (rGO/S)，金属锂片为负极，在氩气手套箱中，以CR2025型不锈钢为电池外壳组装成扣式锂硫电池。最后将制备的电池在电化学工作站上进行电化学性能测试。
电化学性能测试
【循环寿命测试】
锂硫电池在25℃环境下，以0.5C电流恒流放电至1.6V，再以0.5C恒流充至2.8V，每圈放电结束后静置1分钟，循环直至放电容量低于初始放电容量的80％。记录循环圈数于容量发挥。补充测试方法，结果见表5。
【常温倍率测试】
锂硫电池在25℃环境下，以1C电流恒流放电至1.6V，再以0.5C恒流充至2.8V，循环3圈，每圈充电后静置1分钟，记录每圈的放电容量(C1)和循环圈数；以2C电流恒流放电至1.6V，再以0.5C恒流充至2.8V，循环3圈，每圈充电后静置1分钟，记录每圈的放电容量(C2)和循环圈数；以3C电流恒流放电至1.6V，再以0.5C恒流充至2.8V，循环3 圈，每圈充电后静置1分钟，记录每圈的放电容量(C3)和循环圈数。
循环直至放电容量低于初始放电容量的80％。记录循环圈数于容量发挥。补充测试方法，结果见表5。
表5
Figure BDA0003386956150000111
Figure BDA0003386956150000121
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种功能隔膜，其特征在于，所述功能隔膜包括隔膜层和位于所述隔膜层上的功能层；
所述功能层包括MXene二维材料层；和
位于所述MXene二维材料层上的氮掺杂碳层；
其中，所述氮掺杂碳层包括过渡金属。
2.根据权利要求1所述的功能隔膜，其特征在于，所述功能层通过将过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料施加于所述隔膜层形成。
3.根据权利要求2所述的功能隔膜，其特征在于，所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的制备包括步骤：
将氮源施加于所述MXene二维材料，得到氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体；
将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体，并煅烧处理，即得过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料。
4.根据权利要求3所述的功能隔膜，其特征在于，所述氮源选自壳聚糖、聚吡咯和多巴胺中至少一种。
5.根据权利要求1所述的功能隔膜，其特征在于，所述过渡金属层中过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和V中至少一种。
6.一种制备如权利要求1至5中任一项所述的功能隔膜的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
制备过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料；
将所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料施加于所述隔膜层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，施加于所述隔膜层上的所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的量为10至15μg/cm2。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述制备过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料的步骤包括：
将氮源施加于MXene二维材料，得到氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体；
将过渡金属盐施加于所述氮掺杂碳包覆的MXene二维材料前驱体，即得所述过渡金属改性处理的氮掺杂碳包覆的MXene二维材料。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1至5中任一项所述的功能隔膜。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池为锂硫电池。
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