[發明專利]一種鋰硫電池二硫化鉬隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710174900.1
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN107068944A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 盧小泉;何笑;寧星銘;李文奇;張靜;王彩荷;姚敏;張卓越
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/052
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心62100
• 代理人: 郭海

技術領域

本發明屬于鋰硫電池領域，涉及一種鋰硫電池隔膜的制備方法。

背景技術

鋰硫電池是一種以金屬鋰為負極，單質硫為正極的鋰二次電池，其清潔環保，成本較低。在鋰硫電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一，主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜（Celgard），如聚乙烯、聚丙烯或二者的共聚物。但由于鋰電池具有潛在的爆炸危險性，隔膜的安全性相當重要。而無論聚乙烯、聚丙烯還是二者的共聚物，他們在接近熔點時材料均會因熔化而收縮變形，給動力電池的安全性帶來潛在隱患。鑒于此，具有良好導熱性能的氧化石墨烯（GO）作為熱疏導功能體（張紫萍，劉秀軍，萬菊，李同起，胡子君.氧化石墨烯的制備及其摻雜的炭/炭復合材料導熱性能研究.炭素技術.2011,5:（30）：2-4.）摻入到聚烯烴多孔膜中進行散熱以保證動力電池的安全性。然而，廣泛報道的氧化石墨烯/聚乙烯/聚丙烯（GO/Celgard）隔膜，其鋰離子傳導率較低，約為3.1×10^-2mS·cm^-1（Highly porous polyacrylonitrile/graphene oxide membrane separator exhibiting excellent anti-self-discharge feature for high-performance lithium–sulfur batteries，Carbon，2016，101,272-280；Suppressed Polysulfide Crossover in Li–S Batteries through a High-Flux Graphene Oxide Membrane Supported on a Sulfur Cathode，ACS Nano, 2016, 10 (8), pp 7768-7779；Rational Integration of Polypropylene/Graphene Oxide/Nafion as Ternary-Layered Separator to Retard the Shuttle of Polysulfides for Lithium–Sulfur Batteries,2016,12,381-389），因此電池循環壽命較短。另外，申請號為201110002330.0的中國發明專利提出了一種在聚烯烴表面涂布無機物的工藝，通過將一定粒徑的氧化鋁/氧化硅/氧化鋯等涂布于隔膜表面，利用無機物的耐高溫性能提高隔膜整體的耐溫性。但無機物經涂布后會影響隔膜的透氣性，進而減小電池容量。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有高的鋰離子傳導性和耐溫性能的MoS₂/Celgard隔膜，用于Li-S電池。

本發明的另一個目的是提供上述MoS_2/Celgard隔膜的制備方法，保證電池容量不受損失。

本發明實現上述目的所采用的技術方案原理如下：（1）二硫化鉬二維材料是由六方晶系的單層或是多層二硫化鉬組成的具有“三明治夾心”層狀結構的化合物。其中單層二硫化鉬是由三層原子構成：上下兩層均由硫原子層組成，中間一層則為鉬原子層。對于單層二硫化鉬原子層來說，層內存在很強的共價鍵。分散在有機溶液中的二硫化鉬納米片層可以在溶劑的定向流動下組裝成結構良好、有序的二硫化鉬薄膜；二硫化鉬薄膜具有很高的導鋰性能，同時能夠抑制多硫化物在正負極間的遷移，提高鋰硫電池的循環壽命，且可利用二硫化鉬的耐高溫性能提高隔膜整體的耐溫性；（2）通過真空抽濾方式使二硫化鉬薄膜沉積在鋰硫電池隔膜表層，二硫化鉬薄膜表面漏斗孔徑相對位置處在真空抽濾作用下厚度較小，可以起到很好的透氣作用，不致于影響電池容量。

本發明的鋰硫電池二硫化鉬隔膜，是在鋰硫電池隔膜表層沉積有二硫化鉬薄膜，為了保證鋰離子的傳輸性能，二硫化鉬薄膜的厚度為220-300nm。

上述鋰硫電池隔膜優選耐有機溶劑、高強度薄膜化的聚乙烯-聚丙烯微孔膜。