[發(fā)明專利]一種鋰硫電池隔膜及其鋰硫電池的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410333079.X
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104151588B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洲鵬;李高然;劉賓虹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;H01M2/16;H01M10/052
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

1.一種鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，具體包括下述步驟：

(1)取100mL?N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加入3～10g?Li⁺-Nafion樹脂和3～10gPVP樹脂攪拌溶解后，加入1g聚烯烴纖維，超聲振動分散30分鐘后，再加入0.5～5g納米金屬硫化物，超聲振動分散2小時(shí)后，倒入制膜器加熱至90℃使NMP緩慢蒸發(fā)，持續(xù)90℃加熱20小時(shí)后得到含金屬硫化物的聚烯烴纖維增強(qiáng)的鋰離子交換膜；

(2)在氬氣保護(hù)的手套箱內(nèi)，向反應(yīng)釜內(nèi)加入二氧戊環(huán)(C₃H₆O₂)和乙二醇甲醚(C₄H₁₀O₂)得到混合物，再加入2.3g硫化鋰、10.3g單質(zhì)硫，加入攪拌子密封反應(yīng)釜后，將反應(yīng)釜移出手套箱并置于溫控電磁攪拌器上，在80℃下攪拌反應(yīng)2～5h，然后將反應(yīng)釜降至10～30℃后移入手套箱內(nèi)，打開密封蓋取出反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾后得到聚硫化鋰溶液；

其中，含有二氧戊環(huán)和乙二醇甲醚的混合物為100mL，且二氧戊環(huán)和乙二醇甲醚的體積比為1:1；

(3)在氬氣保護(hù)手套箱內(nèi)，取1g步驟(1)中制得的鋰離子交換膜，加入到50mL步驟(2)中制得的聚硫化鋰溶液中，在50℃下浸漬12h，即得到聚硫化鋰摻雜、含金屬硫化物的聚烯烴纖維增強(qiáng)的鋰離子電池隔膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中Li⁺-Nafion樹脂的制備方法為：取100mL?Nafion溶液，加入10g?LiOH，攪拌30分鐘后，離心分離掉過剩的LiOH，得到Li⁺-Nafion溶液，噴霧干燥后即得到Li⁺-Nafion樹脂粉末。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中聚烯烴纖維的制備方法為：取聚烯烴原料，熔融后進(jìn)行噴絲處理，即得到聚烯烴纖維。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，所述聚烯烴原料采用聚乙烯或聚丙烯。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，所述納米金屬硫化物中的金屬元素采用銅、鋅或者錫，其對應(yīng)的納米金屬硫化物為納米硫化銅、納米硫化鋅和納米硫化錫。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，所述納米硫化銅的合成工藝是指：將0.1摩爾硝酸銅加入到含100mL去離子水的反應(yīng)釜中，加入攪拌子，攪拌溶解后，加入2g?PVP攪拌溶解，按硝酸銅與硫化鈉的摩爾比1∶1，稱取0.1摩爾硫化鈉加入反應(yīng)釜，攪拌反應(yīng)30分鐘得到納米硫化銅，過濾，去離子水漂洗后干燥，得到納米硫化銅粉末；

其中，用等摩爾量的硝酸鋅和硝酸錫分別替代上述硝酸銅，按照上述步驟操作后，分別得到納米硫化鋅和納米硫化錫粉末。

7.基于權(quán)利要求1所述的一種鋰硫電池隔膜的鋰硫電池，包括隔膜、正極、負(fù)極和電解液，其特征在于，所述隔膜采用聚硫化鋰摻雜、含金屬硫化物的聚烯烴纖維增強(qiáng)的鋰離子電池隔膜，正極和負(fù)極分別設(shè)置在隔膜兩側(cè)形成三明治結(jié)構(gòu)，并使正極和負(fù)極的電極材料側(cè)朝向隔膜，電解液內(nèi)置在三明治結(jié)構(gòu)中；

所述電解液以Li[CF₃SO₂)₂N](LiTFSI)為溶質(zhì)，二氧戊環(huán)(C₃H₆O₂)和乙二醇甲醚(C₄H₁₀O₂)的混合物為溶劑，且二氧戊環(huán)和乙二醇甲醚的體積比為1：1，1升電解液中含1摩爾(263g)LiTFSI。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰硫電池，其特征在于，所述負(fù)極采用金屬鋰片。