[發明專利]一種鋰硫電池改性隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910593669.9
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110311081B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 隋剛;龍蕾;朱明;楊小平
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

本發明涉及一種鋰硫電池改性隔膜及其制備方法，其解決了現有電池隔膜存在的親液性差、離子電導率低且不能抑制多硫化物在電解液中溶解擴散的技術問題，本發明提供的鋰硫電池改性隔膜，包括隔膜基體，所述隔膜基體上設有多孔碳球，所述多孔碳球負載有鐵元素。本發明同時提供了其制備方法。本發明可廣泛用于鋰硫電池改性隔膜的制備領域。

技術領域

本發明涉及一種電池隔膜及其制備方法，具體地說，涉及一種鋰硫電池改性隔膜及其制備方法。

背景技術

隨著電子設備性能的快速提高，電池已經成為整個便攜式設備的瓶頸。同時，高能量密度電池的狀態也限制了電動汽車的行駛范圍。在各種電池系統中，鋰離子電池已經被用于商業化的生產，是目前電動汽車的最優選擇。然而隨著鋰離子電池的性能接近其理論極限，其電化學性能幾乎沒有可以改進的空間。同時鋰離子電池的相對高成本和存在的安全問題也阻礙了電動汽車的大規模應用。因此，研究和開發一種具有更高能量密度且更低成本的下一代電池便是重中之重的事情。

鋰硫(Li-S)電池由于具有高能量密度，低成本和環境友好性等優點，具有很好的發展前景。金屬鋰的理論容量可達3861mAh·g^-1，而單質硫的理論容量則可高達1675mAh·g^-1，鋰硫電池的理論能量密度可達 2600Wh/kg，是鋰離子電池的5倍以上。

目前的研究主要將集中于正極和電解質，但隔膜也是其必不可少的部分，對于防止內部短路和維持離子的擴散途徑至關重要。隔膜作為電池的中間層，主要作用是阻隔正負極，避免正負極直接接觸短路，因而要求隔膜具備抗折疊性、柔軟性、高離子電導率以及優良的親液性。

傳統的隔膜主要由聚丙烯PP、聚乙烯PE或它們的復合材料PP/PE/PP 制成，雖然這些膜的成本低廉、柔韌性高，但它們的親液性差、離子電導率低且不能抑制多硫化物在電解液中溶解擴散。

發明內容

本發明就是為了解決現有電池隔膜存在的親液性差、離子電導率低且不能抑制多硫化物在電解液中溶解擴散的技術問題，提供一種親液性好、離子電導率高且能抑制多硫化物在電解液中溶解擴散的鋰硫電池隔膜及其制備方法。

為此，本發明提供一種鋰硫電池改性隔膜，其包括隔膜基體，所述隔膜基體上設有多孔碳球，所述多孔碳球負載有鐵元素。

優選的，所述多孔碳球介孔碳球，直徑在200nm-300nm，表面積 300m²/g～400m²/g。

本發明同時提供一種鋰硫電池改性隔膜的制備方法，其包括如下步驟：(1)將鹽酸多巴胺，聚醚F127和均三甲苯混合均勻，堿性條件下，室溫反應，過濾，干燥，然后在惰性氣氛中碳化，得到多孔碳球；(2) 在所述步驟(1)產物中加入硝酸鐵，攪拌并烘干，干燥后得到Fe-N-C 產物，然后在惰性氣氛中煅燒，得到Fe活化多孔碳球；(3)將所述步驟(2)得到的Fe活化多孔碳球與粘接劑進行混合均勻，獲得涂覆材料； (4)在涂層材料中滴加溶劑混合均勻，獲得涂覆漿料；(5)將涂覆漿料涂覆在聚丙烯隔膜基體的一側，干燥，即得到鋰硫電池中所用的改性隔膜。

優選的，所述步驟(1)中，碳化溫度為700℃～900℃。

優選的，所述步驟(2)中，取適量多孔碳球，以質量比1:1的比例加入Fe(NO₃)₃·9H₂O，需要水浴加熱條件下攪拌均勻，加熱溫度45℃～ 80℃；所述的惰性氣氛氣體為N₂或Ar中的一種或兩種；煅燒溫度為 800℃～900℃。

優選的，所述步驟(3)中的粘接劑為PVDF、PAA、F6中的一種或多種。

優選的，所述步驟(3)中，Fe活化多孔碳球與粘接劑按質量比為(8～ 9):1。