[發明專利]一種鋰硫電池功能隔膜的制備方法

有效

• 申請號: 201610062790.5
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105514482B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 劉久清;吳秀鋒
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/058;H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰硫電池隔膜的制備方法，屬于鋰硫電池材料領域。特別是涉及一種濕法制備鋰硫電池隔膜的方法。

背景技術

能源是支撐現代社會發展的重要支柱，高效的儲能系統將會給社會帶來巨大的變革。電池是儲存能源的主要途徑之一，電池的更新換代給再生能源工業、電子產業和電動汽車行業帶來了巨大的變革。

在商業應用中，鋰離子電池使用磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等含鋰金屬氧化物作為正極。近年來電動汽車等行業的迅速發展對鋰離子電池的能量密度和安全性能有了更高的要求。受過渡金屬化合物正極材料儲備鋰容量的限制，現有的鋰離子電池體系能量密度提升空間仍然十分有限，因此要開發具有更高能量密度的鋰二次電池體系，必須發展新型正極材料，并以此新型材料構建新的鋰二次電池反應體系。

在各種潛在的正極材料中，硫材料具有高容量密度(1672 mAh·g^-1)、高能量密度(2600 Wh·kg^-1）、來源廣泛、成本低廉、環境相容性好等優勢，這使硫作為一類正極材料備受關注。但是，鋰硫電池的充放電過程是一個多電子反應，并伴隨著復雜的相轉化過程。發生電化學反應時，中間放電產物在電解液中發生溶解并在正負極之間循環穿梭。穿梭效應嚴重影響了鋰硫電池的循環性能和庫倫效率，并導致鋰硫電池產生自放電嚴重等問題。

目前，鋰硫電池采用的隔膜大部分為采用熔融拉伸法制備的微孔聚乙烯或聚丙烯膜。在傳統鋰離子電池中，隔膜具有防止電池內部短路，提供鋰離子遷移通道的作用。然而，由于鋰硫聚合物也能夠通過隔膜遷移到負極，所以這種隔膜并不適用于鋰硫電池體系。因此，開發新型鋰硫電池功能隔膜是提高鋰硫電池性能的關鍵之一。

本發明采用非溶劑致相分離法通過控制隔膜孔徑大小和膜表面基團極性，制備具有鋰離子選擇透過性的功能隔膜，能夠有效抑制穿梭效應的發生。

發明內容

針對目前鋰硫電池隔膜無法抑制穿梭效應的缺陷，本發明的目的在于提供一種鋰硫電池功能隔膜的制備方法，采用該方法制備的電池隔膜具有鋰離子選擇透過性功能，能夠有效提高鋰硫電池的循環性能和庫倫效率。

為了實現上述目的，本發明提供了一種鋰硫電池功能隔膜的制備方法，包括以下步驟：

將氧化石墨烯溶解在去離子水中，超聲0.5-3h，得到濃度為0.005-0.05g/L的氧化石墨烯溶液；在超聲條件下，將氧化石墨烯、氫氧化鋰和一氯乙酸按質量比為1：（20-100）：（10-80）進行混合，超聲1-5h，得到羧基化氧化石墨烯溶液；將羧基化氧化石墨烯溶液在20-50℃下進行真空干燥；將聚偏氟乙烯、導鋰聚合物、造孔添加劑、去離子水、能溶解聚合物的溶劑、羥基化氧化石墨烯按1：（0.05-1）：（0.1-0.5）：（0.001-0.125）：（6.2-9.75）：（0.001-0.15）的質量比例混合后，在70℃下熟化24-48h、攪拌12-36h，并在常溫下靜置脫泡8-48h后得到鑄膜液；將鑄膜液刮制成濕膜；濕膜在空氣中預蒸發后，放入純水或混合凝固浴1-30min，然后浸泡在去離子水中形成初成膜；初成膜置于鋰鹽濃度為0.1-1mol/L的去離子水溶液中經過加熱活化，活化溫度為50-90℃，活化時間為0.5-3h，再置于無水乙醇中浸泡8-24h，取出，放入正丁醇中浸泡8-24h，在空氣中晾干，得到鋰硫電池功能隔膜。

所述能溶解聚合物的溶劑為二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、二甲基乙酰胺、磷酸三乙酯中的一種或多種；

所述造孔添加劑為聚乙二醇、氯化鋰、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸鈉中的一種或多種；

所述導鋰聚合物為聚丙烯酸、磺化聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或多種；

所述濕膜在空氣中預蒸發時間為5秒-10分鐘；

所述混合凝固浴的組成為：去離子水與二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、二甲基乙酰胺、磷酸三乙酯中的一種或多種，去離子水含量為50%-95%；

所述初成膜浸泡在去離子水中的時間為1-10天；

所述鋰鹽為氫氧化鋰、氯化鋰、硝酸鋰中的一種或多種。

本發明具有以下優點：