[發明專利]一種鋰硫電池隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 201810698564.5
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108767175A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 朱開興;李東勝;李鎮江;劉靜;孟阿蘭;王文軍
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明公開了一種鋰硫電池隔膜的制備方法，主要包括如下步驟：1)用煅燒方法獲得石墨相氮化碳；2)用研磨、剝離等方法減小石墨相氮化碳的尺寸；3)通過加入添加劑或嫁接功能團改善石墨相氮化碳的物理化學特性；4)利用刮涂、旋涂等方式獲得基于石墨相氮化碳的薄膜材料。與現有隔膜相比，本發明制備過程簡單，原料成本低、性能調節擴展性強的特點，適合規模化生產。

技術領域

本發明涉及一種鋰硫電池隔膜的制備方法。

背景技術

鋰硫電池是一種新型的鋰離子電池。相較于傳統的鋰離子電池，鋰硫電池具有能量密度高、原料來源廣泛、環境友好的特點。上述優勢對于減少化石燃料的使用以及推動電動汽車等方面的應用具有極大的理論和應用價值。

鋰硫電池的理論比容量和比能量很高，分別為1675mAh/g和2600Wh/Kg，遠高于已經商業化的傳統的基于LiCoO₂、LiFeO₄、LiNiO₂等電極材料的鋰離子電池，后者能量密度約為150-200Wh/Kg。但是，鋰硫電池的實際比容量還和理論值有一定差距，容量衰減快、循環壽命短等因素限制的鋰硫電池進一步的商業化應用。作為鋰硫電池正極材料的硫單質在充放電過程中會產生中間相Li₂S_x(x＝2～8)，中間相Li₂S_x會溶解到電解液中，并在充放電過程中穿梭于正負極之間，導致有效電極材料的損失，即所謂的“穿梭效應”。“穿梭效應”嚴重降低了鋰硫電池的循環穩定性。

目前，抑制中間相多硫化鋰溶解到電解液中的方法主要有如下幾種：(1)利用一些具有巨大表面積和豐富空洞結構的納米結構材料對單質硫顆粒進行包覆，阻礙多硫化物的移動；(2)通過加入一些極性化學添加劑，利用極性Li₂S_x和極性基底之間的化學鍵合力將Li₂S_x吸附在正極材料的表面；(3)在正極和負極之間引入一層由石墨烯、碳納米管等構成的極性隔膜來實現對Li₂S_x的阻擋。但這些方法存在或操作復雜，或成本高，或耗時長等不足。因此，開發一種高效率，低成本地抑制Li₂S_x“穿梭效應”的方法具有重要意義。

發明內容

本發明提出一種基于石墨相氮化碳(g-C₃N₄)隔膜提升鋰硫電池循環壽命的方法。該方法克服了現有的隔膜存在的離子傳輸效率低、制備成本高、耗時長等弊端，具有制備過程簡單、原料成本低、性能調節擴展性強的特點，適合規模化生產。

本發明通過以下技術方案得以實現：

(1)在升溫速率為0.5℃·min^-1～20℃·min^-1的條件下，將一些含氮氧元素的前驅體升溫至500～600℃，并保溫1-4h，然后自然冷卻降溫至室溫，得到g-C₃N₄。其中氮氧化物前驅體可以是三聚氰胺、硫脲、二氰二胺、尿素等。反應氣氛為空氣或惰性氣體；

(2)將(1)得到的g-C₃N₄進行研磨或剝離，得到顆粒減小的微納米尺度的g-C₃N₄。

(3)以(2)所得的g-C₃N₄納米材料為主要成分，通過抽濾、刮涂或旋涂的方式，制成厚度為0.1-3mm的薄膜；

(4)將所得薄膜通過剪裁成合適的尺寸，放置于鋰硫電池正極材料與絕緣隔膜之間，進行使用。

附圖說明

圖1為實施例1中制備的g-C₃N₄的XRD圖譜。