[發明專利]一種鋰硫電池復合隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 201710225962.0
• 申請日: 2017-04-08
• 公開（公告）號: CN107068945A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 鐘玲瓏
• 申請（專利權）人: 深圳市佩成科技有限責任公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰硫電池領域，特別涉及一種鋰硫電池隔膜的制備方法。

背景技術

鋰硫電池是以金屬鋰為負極，單質硫為正極的電池體系。鋰硫電池的具有兩個放電平臺（約為2.4 V 和2.1 V），但其電化學反應機理比較復雜。鋰硫電池具有比能量高（2600 Wh/kg）、比容量高（1675 mAh/g）、成本低等優點，被認為是很有發展前景的新一代電池。但是目前其存在著活性物質利用率低、循環壽命低和安全性差等問題，這嚴重制約著鋰硫電池的發展。造成上述問題的主要原因有以下幾個方面：（1）單質硫是電子和離子絕緣體，室溫電導率低（5×10^-30S·cm^-1），由于沒有離子態的硫存在，因而作為正極材料活化困難；（2）在電極反應過程中產生的高聚態多硫化鋰 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于電解液中，在正負極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負極，高聚態多硫化鋰被金屬鋰還原成低聚態多硫化鋰。隨著以上反應的進行，低聚態多硫化鋰在負極聚集，最終在兩電極之間形成濃度差，又遷移到正極被氧化成高聚態多硫化鋰。這種現象被稱為飛梭效應，降低了硫活性物質的利用率。同時不溶性的Li₂S和 Li₂S₂沉積在鋰負極表面，更進一步惡化了鋰硫電池的性能；（3）反應最終產物Li₂S同樣是電子絕緣體，會沉積在硫電極上，而鋰離子在固態硫化鋰中遷移速度慢，使電化學反應動力學速度變慢；（4）硫和最終產物Li₂S的密度不同，當硫被鋰化后體積膨脹大約79%，易導致Li₂S的粉化，引起鋰硫電池的安全問題。上述不足制約著鋰硫電池的發展，這也是目前鋰硫電池研究需要解決的重點問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種鋰硫電池復合隔膜，包括商用Celgard隔膜和其表面的聚丙烯腈/氧化石墨烯層組成，所述的聚丙烯腈/氧化石墨烯層的厚度為1～10μm，所述的聚丙烯腈/氧化石墨烯層中聚丙烯腈與氧化石墨烯的質量比為0.2-1：1。

本發明提供一種鋰硫電池復合隔膜的制備方法如下：

（1）將氧化石墨加入有機溶劑中，超聲分散，形成懸浮液；

（2）將聚丙烯腈單體加入到上述懸浮液，攪拌均勻，再向懸浮液中加入引發劑，攪拌反應，反應完全后，將懸浮液倒入墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復合隔膜。

步驟（1）中氧化石墨選用含氧質量分數為10-40%氧化石墨，氧化石墨與有機溶劑的質量比為1：10-100，有機溶劑為N- 甲基吡咯烷酮，二甲基亞砜，N,N- 二甲基甲酰胺，乙醇中的一種或幾種，超聲時間0.5-5小時;

步驟（2）中氧化石墨和聚丙烯腈單體的質量比為1：0.1-0.5，攪拌時間為1-5小時，引發劑選用偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、過硫酸銨中的一種，引發劑與聚丙烯腈單體的質量比為1-3:100，加入引發劑后攪拌反應時間為10-60分鐘；

本發明具有如下有益效果： 聚丙烯腈/氧化石墨烯層中的聚丙烯腈上的腈基，與氧化石墨烯表面的氧均為強極性基團，能對充放電過程中形成的多硫化物形成強烈的化學吸附，能有效的阻止多硫化物穿過隔膜到達負極，減少飛梭效應的發生，提高鋰硫電池的壽命。

附圖說明

圖1是本發明的復合隔膜結構示意圖。

圖2是本發明的復合隔膜制備流程圖。

圖3是本發明的復合隔膜的循環壽命圖。

其中，1為聚丙烯腈/氧化石墨烯層，2為Celgard隔膜。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的較優的實施例作進一步的詳細說明：

實施例1

（1）將10g氧化石墨加入10g N-甲基吡咯烷酮中，超聲5小時分散，形成懸浮液；

（2）將1g聚丙烯腈單體加入到上述懸浮液，攪拌1小時使其分散均勻，再向懸浮液中加入0.01g引發劑偶氮二異丁腈，攪拌反應1小時，反應完全后，將懸浮液倒入墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復合隔膜。

實施例2

（1）將10g氧化石墨加入100g二甲基亞砜中，超聲0.5小時分散，形成懸浮液；