[發明專利]一種用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910183852.1
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109888153B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 謝海明;魏奪;王釗;孫立群;劉佳;劉軍;叢麗娜
• 申請（專利權）人: 吉林省東馳新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M50/40
• 分類號: H01M50/40;H01M50/403
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 呂紀濤

本發明提供了一種用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜及其制備方法，屬于鋰硫電池技術領域。本發明提供的用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔點金屬多孔碳復合材料，所述低熔點金屬多孔碳復合材料包括多孔碳材料基體和負載于所述多孔碳材料基體孔隙中的低熔點金屬。本發明通過將低熔點金屬注入到多孔碳材料中，不僅使多孔碳材料具有高電導率，能夠有效的傳輸鋰離子，還能夠緩解飛梭效應，有效提升電池的綜合電化學性能，提高鋰硫電池的循環穩定性和使用壽命。且制備工藝操作簡單，通過采用簡單的濕法涂布，即可制備出具有高電學性能的復合隔膜材料，適用于實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池技術領域，尤其涉及一種用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜及其制備方法。

背景技術

鋰硫電池最近幾年被廣泛關注。因為它們自身具有低成本、高能量密度等優勢，被認為是下一代能源儲存裝置的重要候選者。但是低的倍率性能，差的循環穩定性一直制約它進一步的應用。這些問題主要是由于：(1)硫低的電子電導率；(2)充放電過程中產生的多硫化鋰溶解在電解液中，產生的飛梭效應；(3)金屬鋰負極循環穩定性差。其中，飛梭效應是鋰硫電池中最棘手也是最重要的問題。

目前為止，已有各種方式被用來解決鋰硫電池中的飛梭效應。其中，簡單有效的方式是在傳統的隔膜表面涂覆一層多孔碳材料。這種碳材料具有兩方面作用：(1)物理阻礙多硫化鋰的自由擴散，在一定程度上改善電池的循環穩定性；(2)作為硫正極的上層集流體，將捕獲的多硫化鋰重新再利用，提高硫的利用率。但是，多孔碳材料中的孔徑較大，不能有效的阻礙多硫化物擴散到負極一側，導致鋰硫電池循環穩定性差，使用壽命短。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜及其制備方法。本發明提供的低熔點金屬修飾復合隔膜，能夠阻礙多硫化物的自由擴散，提高鋰離子的傳輸，有效緩解飛梭效應，提高鋰硫電池循環穩定性和使用壽命。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔點金屬多孔碳復合材料，所述低熔點金屬多孔碳復合材料包括多孔碳材料基體和負載于所述多孔碳材料基體孔隙中的低熔點金屬。

優選地，所述低熔點金屬多孔碳復合材料的厚度為1～30μm。

優選地，所述低熔點金屬多孔碳復合材料中低熔點金屬與多孔碳材料的質量比為0.05～1：1。

優選地，所述低熔點金屬包括錫粉、鋅粉和鋁粉中的一種或多種。

本發明還提供了上述技術方案所述用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜的制備方法，包括以下步驟：

將低熔點金屬與多孔碳材料混合后在保護氣體中加熱，得到低熔點金屬/多孔碳材料混合物；

將所述低熔點金屬/多孔碳材料混合物、粘合劑和溶劑混合后，涂布在基底隔膜上，得到用于鋰硫電池的低熔點金屬修飾復合隔膜。

優選地，所述低熔點金屬/多孔碳材料混合物和粘合劑的質量比為1：0.1～1。

優選地，所述低熔點金屬/多孔碳材料混合物、粘合劑和溶劑混合后所得漿料的固含量為25％～75％。

優選地，所述加熱的升溫速率為1～15℃/min。

優選地，所述加熱的終溫為200～1000℃。

優選地，所述終溫的保溫時間為1～48h。