[發(fā)明專利]雙功能隔膜及其制備方法和含有該雙功能隔膜的大功率半固態(tài)鋰硫電池

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107887558A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉長樹;付玉龍;王子冠;鄭罡;嚴登鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海泰坦儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司44214
• 代理人: 王賢義

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰硫電池的技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種雙功能隔膜及其制備方法和含有該雙功能隔膜的大功率半固態(tài)鋰硫電池。

背景技術(shù)

隨著社會的快速發(fā)展，能源枯竭與環(huán)境污染問題已經(jīng)越來越嚴重。人們已經(jīng)進行了許多嘗試來尋求一種價格低廉、環(huán)境友好、可再生的新能源來替代傳統(tǒng)污染嚴重且不可再生的化石能源。其中，鋰離子電池以其高工作電壓、高能量密度、環(huán)境友好并且無記憶效應(yīng)等優(yōu)點脫穎而出，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中。但由于鋰離子電池自身能量密度較小200-250Wh/kg，限制了其在電動汽車及儲能等領(lǐng)域的進一步發(fā)展。同時，鋰硫電池作為一種新型的二次電池，因其具有較高的理論比容量1675mAhg-1和能量密度2600Whkg-1，因此受到了眾多研究學(xué)者的關(guān)注與青睞。但是，鋰硫電池的實際應(yīng)用還面臨著很多挑戰(zhàn)，比如單質(zhì)硫及放電產(chǎn)物硫化鋰的低電子導(dǎo)電性、中間產(chǎn)物多硫化鋰易溶解在有機電解液中且易發(fā)生擴散等，造成了鋰硫電池的庫倫效率低、電池循環(huán)性能差等嚴重問題，這些問題大大的制約了鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種提高電極的充放電效率的雙功能隔膜及其制備方法和具有較高的首次放電容量以及較慢的容量衰減的含有該雙功能隔膜的大功率半固態(tài)鋰硫電池。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：雙功能隔膜包括基膜、納米陶瓷粉末和碳粉，所述納米陶瓷粉末和所述碳粉均勻涂覆于所述基膜的表面。

進一步的，所述基膜為PP、PE、PP/PE/PP中的一種，所述納米陶瓷粉末為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦中的一種或多種混合而成，所述碳粉為導(dǎo)電碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳納米管中的一種或多種混合而成。

進一步的，所述納米陶瓷粉末和所述碳粉均勻涂覆于所述基膜的單側(cè)表面或者雙側(cè)表面。

再進一步的，一種包括所述的雙功能隔膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

A.將所述納米陶瓷粉末與粘結(jié)劑按照質(zhì)量比7:3或8:3溶解在有機溶劑中混合均勻，形成漿料一，用涂膜器將所述漿料一均勻的涂覆在所述基膜的單側(cè)表面或者雙側(cè)表面，然后通過烘干得到隔膜一；

B.將所述碳粉與粘結(jié)劑按照質(zhì)量比7:3或8:3混合在有機溶劑中并研磨，形成漿料二，之后均勻的將所述漿料二涂覆在所述隔膜一的單側(cè)表面或者雙側(cè)表面，并通過烘干得到所述雙功能隔膜。

進一步的，所述粘結(jié)劑為海藻酸鈉、β-環(huán)糊精、羧甲基纖維素、聚偏氟乙烯中的一種或二種混合而成。

進一步的，所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮。

進一步的，所述步驟A和所述步驟B中的烘干溫度均為60℃，烘干時間均為12h。

更進一步的，一種含有該雙功能隔膜的大功率半固態(tài)鋰硫電池，包括正極活性物質(zhì)、所述雙功能隔膜和鋰負極，所述雙功能隔膜位于所述正極活性物質(zhì)和所述鋰負極之間。

進一步的，所述正極活性物質(zhì)液態(tài)的Li₂S_X和添加劑，其中4≤X≤8。

進一步的，所述鋰負極為固態(tài)的金屬鋰板。

本發(fā)明的有益效果是：由于本發(fā)明提供了一種含有雙功能隔膜的大功率半固態(tài)鋰硫電池，包括正極活性物質(zhì)、所述雙功能隔膜和鋰負極，所述雙功能隔膜位于所述正極活性物質(zhì)和所述鋰負極之間；所述雙功能隔膜包括基膜、納米陶瓷粉末和碳粉，所述納米陶瓷粉末和所述碳粉均勻涂覆于所述基膜的表面；所述雙功能隔膜通過簡易、快捷的制備方法將所述納米陶瓷粉末和所述碳粉均勻的涂覆在所述基膜表面制備而成，所以所述雙功能隔膜具有以下兩個特點：

1.所涂覆的所述納米陶瓷粉末和多硫化鋰形成化學(xué)鍵有效地捕獲充放電過程中的多硫化鋰，進而有效抑制了“穿梭效應(yīng)”；

2. 所述碳粉作為頂層的集流體，起到收集電流的作用，以減小電極的接觸電阻并加速電子的移動速率，從而提高電極的充放電效率。

將制備好的所述雙功能隔膜應(yīng)用在所述大功率半固態(tài)鋰硫電池中，實現(xiàn)了其具有較高的首次放電容量以及較慢的容量衰減。

附圖說明

圖1是具體實施例一的采雙功能隔膜的示意圖；

圖2是大功率半固態(tài)鋰硫電池在0.2C下的循環(huán)性能圖。

具體實施方式

具體實施例一

如圖1和圖2所示，在本實施例中，雙功能隔膜包括基膜1、納米陶瓷粉末2和碳粉3，所述納米陶瓷粉末2和所述碳粉3均勻涂覆于所述基膜1的表面。

在本實施例中，所述基膜1為PP，所述納米陶瓷粉末2為氧化鋁粉末，所述碳粉3為導(dǎo)電碳黑。