[發明專利]一種鋰硫電池隔膜的改性方法

在審

• 申請號: 201610062791.X
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105679982A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 劉久清;吳秀鋒;李劼;賴延清
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14
• 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改性方法，屬于鋰硫電池材料領域。特別是涉及一種鋰硫電池隔膜界面改性的方法。

背景技術

能源危機和環境問題是當今人類社會面臨的兩大挑戰，調整能源結構，開發清潔可再生新能源已成為當今社會的迫切需求。在所有的電化學儲能體系中，鋰二次電池憑借其高電壓、高比容量、循環壽命長、無環境污染等優點得到了廣泛的研究和應用。

由于單質硫具有極高的理論容量和能量密度，同時硫兼具無毒、環境友好，原料來源廣泛，成本低廉等一系列優點。因此，鋰硫電池被預為下一代極具開發前景的儲能系統，將會對新興先進技術產業比如純電動汽車的發展起到關鍵性作用。然而，鋰硫電池的放電過程伴隨著多硫化物的溶解。在濃度梯度和電化學梯度的推動下，充電過程中多硫化物會在正負極之間來回穿梭，導致庫倫效率降低和容量的衰減。

對隔膜進行改性是抑制多硫化物穿梭的有效方法之一，本發明采用界面聚合法對用于鋰硫電池的隔膜進行改性，制備具有選擇透過功能的復合膜。

發明內容

針對目前商業化的聚烯烴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隔膜的改性方法，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。

本發明一種鋰硫電池隔膜的改性方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將多元胺溶解在水中，配制成濃度為0.05-0.25mol/L的水相介質；

(2)將多元酰氯溶解在有機溶劑中，配制成濃度為0.05-0.25mol/L的油相介質；

(3)將聚丙烯酸鋰，氧化石墨烯，聚甲基丙烯酸甲脂，聚乙烯醇中的一種或多種導鋰添加劑溶解于所述水相介質、油相介質中的至少一種中，導鋰添加劑在所述水相介質或油相介質中的質量分數為0.05%-1%；

(4)將鋰硫電池隔膜浸漬在水相介質中，取出并去除鋰硫電池隔膜表面殘余的水相介質后，再將該鋰硫電池隔膜表面與油相介質單面接觸進行界面聚合反應，得到初生態的改性鋰硫電池隔膜；

(5)將所述初生態的改性鋰硫電池隔膜以油相介質中取出，烘干后進行熱處理、漂洗，即制得改性鋰硫電池隔膜；

所述多元胺為間苯二胺，鄰苯二胺，對苯二胺，1，4-環己二胺，1，2-乙二胺，1，4-環己二胺、l，3-環己二甲胺中的一種或多種；

所述多元酰氯為均苯三甲酰氯，5-氧甲酰氯-異酞酰氯，5-異氰酸酯-異酞酰氯，間苯二甲酰氯、鄰苯二甲酰氯和對苯二甲酰氯中的一種或多種；

所述有機溶劑為正己烷、苯、甲苯中的一種或多種；

所述鋰硫電池隔膜為聚烯烴多孔膜，聚偏氟乙烯多孔膜，聚酰亞胺多孔膜；

所述將鋰硫電池隔膜浸漬在水相介質中的時間為1-80分鐘；

所述將該鋰硫電池隔膜表面與油相介質單面接觸的時間為5-90秒；

所述熱處理的條件為在50-80℃下熱處理10-60分鐘；

所述漂洗條件為在25-40℃下用去離子水浸泡5-10分鐘。

本發明具有以下優點：

1、本發明工藝能夠控制隔膜孔徑制備小孔徑鋰硫電池隔膜，與傳統隔膜相比，小孔徑的隔膜有利于抑制多硫化物的穿梭，從而提高電池的容量保持率和庫倫效率；本發明制備的鋰硫電池功能隔膜分解電壓在4.8V以上，隔膜表面孔徑為1-500nm，隔膜孔隙率在70%以上，在0.5C的倍率下循環200圈后容量保持率在75%以上，電池循環穩定后，庫倫效率在99%以上。

2、本發明工藝采用的添加劑具導鋰功能，添加劑含有的大量導鋰官能團能夠提供鋰離子穿梭的通道，避免因隔膜孔徑減小帶來離子電導率偏低的問題。

3、本發明制備工藝簡單、條件溫和，易于實現工業化。

附圖說明

圖1為本發明的隔膜制備工藝示意圖。

具體實施方式

以下結合實施案例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。