[發(fā)明專利]一種鋰硫電池用保護(hù)層及其制備方法和使用該保護(hù)層的鋰硫電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410654531.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN104393349A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙生榮;范瑞娟;馮皓;田占元;鄧增社
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M10/058
• 分類號(hào): H01M10/058;H01M2/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰硫電池用保護(hù)層及其制備方法和使用該保護(hù)層的鋰硫電池。

背景技術(shù)

近年來，以金屬鋰為負(fù)極，單質(zhì)硫?yàn)檎龢O的鋰硫二次電池由于具有較高的能量密度(2600Wh/kg)和比容量(1675mAh/g)而受到越來越多的關(guān)注。作為鋰硫電池的關(guān)鍵材料，正極材料對(duì)鋰硫電池的比容量、能量密度和循環(huán)壽命有很大的影響。但正極材料循環(huán)性能差，一直是制約鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化的最大挑戰(zhàn)之一。而造成這一問題的根源在于：一方面活性物質(zhì)單質(zhì)硫?qū)щ娦圆睿斐苫钚晕镔|(zhì)利用率低；另一方面，放電中間產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液造成活性物質(zhì)流失，也可能遷移到負(fù)極，發(fā)生穿梭效應(yīng)，進(jìn)而生成鈍化膜，增大電池內(nèi)阻，進(jìn)而導(dǎo)致電池循環(huán)性能下降，比容量衰減快。

針對(duì)于此，科研工作者們從制備硫基復(fù)合材料、電解液添加劑和添加正極材料吸附劑等角度對(duì)解決這些問題進(jìn)行了很多有益的探索。上述策略有效地提高了單質(zhì)硫的導(dǎo)電率，提高了單質(zhì)硫的反應(yīng)活性，但對(duì)抑制多硫化物在電解液中的溶解和降低電池充放電過程中的穿梭效應(yīng)改善效果十分有限，尤其是低倍率充放電條件下的穿梭效應(yīng)依然明顯。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種能夠有效地阻止聚硫化物在電解液中的穿梭和聚硫化物對(duì)鋰負(fù)極的腐蝕，能夠使放電產(chǎn)物更均勻地沉積在電極表面，提高鋰硫電池的比容量和循環(huán)壽命的鋰硫電池用保護(hù)層及其制備方法和使用該保護(hù)層的鋰硫電池。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種鋰硫電池用保護(hù)層，該保護(hù)層是將漿料涂布在隔膜表面獲得的；且漿料包含質(zhì)量比為(4～9)：1的改性石墨烯和粘合劑，改性石墨烯中含有的官能團(tuán)為：

烷基、烯烴基、芳香基、鹵素、-CN、-SCN、-NCO、-OH、-COOH、-NH₂、-COX、-NO₂、-SO₃H、-COOR、-COR、-CONHR、-CONR₂、-OR、-NHR和-NR₂中一種或一種以上，其中，X＝F、Cl、Br或I，R＝烷基、烯烴基或芳香基。

所述的粘合劑為聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、明膠、海藻酸鈉和β-環(huán)糊精中的一種或一種以上。

所述的改性石墨烯的官能團(tuán)在改性石墨烯中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～15％。

所述的改性石墨烯的比表面積為200～1200m²/g，改性石墨烯的孔徑分布包括小于2nm的微孔和2～15nm的介孔。

所述的改性石墨烯的比表面積為300～800m²/g。

所述的保護(hù)層(3)的厚度為0.05～20μm。

所述的保護(hù)層(3)的厚度為0.1～5μm。

一種鋰硫電池用保護(hù)層的制備方法，包括以下步驟：

1)首先將氧化石墨烯或石墨烯均勻分散到溶劑或溶液中，所述的溶劑為水、乙醇、丙醇、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺或四氫呋喃；溶液為氫氧化鉀水溶液或氫氧化鈉水溶液；

然后加入改性劑，所述的改性劑為：

氫氟酸、鹽酸、硫酸、硝酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、氨水、水合肼、聯(lián)氨、乙二胺、三異丙醇胺、十八胺、N,N-二環(huán)己基碳二亞胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙酸、氯乙酸、氯磺酸、氯化亞砜、丙酸、高錳酸鉀、氰化鈉、氰化氫、氰化鉀、硫氰化氫、硫氫化鈉、硫氰化鉀、異氰酸酯或氯酸鉀；

最后在2～120℃下充分反應(yīng)0.1～20h，洗滌除去雜質(zhì)，將得到的產(chǎn)物分離干燥，即得到改性石墨烯；

2)將改性石墨烯和粘合劑按質(zhì)量比為(4～9)：1在溶劑中充分混合，配制成固含量為10％～80％的漿料，所述的粘合劑為聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、明膠、海藻酸鈉和β-環(huán)糊精中的一種或一種以上；

3)采用刮涂法或噴涂法將漿料涂布在隔膜表面，即得到保護(hù)層，完成保護(hù)層的制備方法。

所述的溶劑為水、N-甲基吡咯烷酮、無水乙醇和正丙醇中的一種或一種以上。

一種鋰硫電池，包括正極、負(fù)極和電解液，以及位于正極和負(fù)極之間的隔膜，所述的正極和隔膜之間設(shè)置有保護(hù)層。