[發(fā)明專利]功能性鋰硫電池隔膜及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810727930.5 | 申請(qǐng)日： | 2018-07-04 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN109037556A | 公開（公告）日： | 2018-12-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 劉天西;雒香;盧先博;繆月娥 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 東華大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01M2/16 | 分類號(hào)： | H01M2/16;H01M2/14;H01M10/052 |
| 代理公司： | 上海申匯專利代理有限公司 31001 | 代理人： | 翁若瑩;王婧 |
| 地址： | 200050 上*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 鋰硫電池 制備 隔膜 細(xì)菌纖維素膜 微孔膜 聚合物微孔膜 電化學(xué)性能 混合動(dòng)力車 新型功能性 界面聚合 聚酰胺膜 生產(chǎn)效率 重要意義 負(fù)電荷 新途徑 聚合 | ||
本發(fā)明提供了一種功能性鋰硫電池隔膜及其制備方法。所述的功能性鋰硫電池隔膜，其特征在于，包括多孔細(xì)菌纖維素膜以及采用界面聚合的方法聚合在多孔細(xì)菌纖維素膜上的帶有負(fù)電荷的聚酰胺膜。本發(fā)明方法是目前最為有效的微孔膜制備技術(shù)，具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、工業(yè)生產(chǎn)易實(shí)施和成本低廉等特點(diǎn)。本發(fā)明所制備的該微孔膜為隔膜的鋰硫電池可直接用于混合動(dòng)力車中，并且這種方法為聚合物微孔膜在鋰硫電池方面的制備和運(yùn)用提供了新途徑。運(yùn)用該方法制備的新型功能性鋰硫電池隔膜在鋰硫電池電化學(xué)性能方面具有重要意義。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種鋰硫電池隔膜及其制備方法，屬于鋰硫電池隔膜的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
全球能源與環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的情況下，開發(fā)高效、清潔、可再生新能源的任務(wù)變得十分迫切。單質(zhì)硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)得失雙電子，其作為正極材料時(shí)理論比容量達(dá)到1672mAh g-1，與金屬鋰組成的鋰硫電池理論比能量高達(dá)2500Wh kg-1。此外，單質(zhì)硫在自然界儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜、環(huán)境友好，因而是目前最具潛力的新型儲(chǔ)能材料之一，鋰硫電池體系也被視為新一代的高能量密度電極材料體系。
然而，硫正極在充放電過程中產(chǎn)生的多硫化鋰(Li2Sx(x＝4～8))極易在電解液中溶解，并遷移擴(kuò)散到負(fù)極與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)生成低級(jí)多硫化物(Li2Sx(x＝1～2))，這些多硫化物在隔膜等死體積內(nèi)產(chǎn)生不可逆沉積，周而復(fù)始造成正極活性物質(zhì)的嚴(yán)重流失并形成惰性絕緣層(這一現(xiàn)象也稱為“穿梭效應(yīng)(shuttle effect)”)，致使鋰硫電池的實(shí)際能量密度遠(yuǎn)低于其理論值，循環(huán)壽命也受到嚴(yán)重制約。
隔膜材料作為電池的關(guān)鍵組件之一，在電池中起著隔離正、負(fù)極直接接觸，阻止電池內(nèi)的電子傳輸而允許電解液離子自由通過的作用。隔膜性能的優(yōu)劣在根本上決定了電池的界面結(jié)構(gòu)與內(nèi)阻，并直接影響著電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性。尤其在鋰硫電池中，由于正極硫在充放電過程中逐漸被還原為可溶解的多硫化物，而多硫化物不可避免地溶出并擴(kuò)散穿過隔膜，進(jìn)一步還原的低級(jí)多硫化物在隔膜等死體積內(nèi)產(chǎn)生的不可逆沉積極大地阻礙了電子、離子傳輸和進(jìn)一步的電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致鋰硫電池的實(shí)際容量降低并發(fā)生快速衰減。可見，高性能鋰硫電池隔膜的設(shè)計(jì)和研發(fā)有望解決多硫化物的溶解和擴(kuò)散問題，從而有效抑制“穿梭效應(yīng)”，有望顯著提高鋰硫電池的綜合性能。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型鋰硫電池隔膜及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，滿足材料發(fā)展的需要。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種功能性鋰硫電池隔膜，其特征在于，包括多孔細(xì)菌纖維素膜以及采用界面聚合的方法聚合在多孔細(xì)菌纖維素膜上的帶有負(fù)電荷的聚酰胺膜。
本發(fā)明還提供了上述的功能性鋰硫電池隔膜的制備方法，其特征在于，包括：
第一步：采用氫氧化鈉溶液洗滌細(xì)菌纖維素膜，再用去離子水洗滌至中性，采用冷凍干燥的方法將細(xì)菌纖維素膜凍干得到多孔細(xì)菌纖維素膜；
第二步：采用界面聚合的方法，將多孔細(xì)菌纖維素膜浸泡在哌嗪水溶液中，取出，待表面水分揮發(fā)后，再將多孔膜浸泡在均苯三甲酰氯的有機(jī)溶液中，取出，熱處理后，采用去離子水多次洗滌，以去除未反應(yīng)的單體，最后在烘箱中烘干即得到功能性鋰硫電池隔膜。
優(yōu)選地，所述的哌嗪水溶液濃度為0.05-0.5wt％。
優(yōu)選地，所述的均苯三甲酰氯的濃度為0.05-0.5wt％。
優(yōu)選地，所述的烘干為采用真空烘箱在70-90℃下對(duì)所得納米纖維膜進(jìn)行干燥處理12-48h。
優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑為石油醚，正己烷，乙酸乙酯，二氯甲烷以及無水乙醚中的一種或幾種。
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