[發明專利]一種鋰硫電池的功能隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010120316.X
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111370620A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 解孝林;游娜;葉昀昇;石清璇;周興平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/052
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 彭翠;李智

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，更具體地，涉及一種鋰硫電池的功能隔膜及其制備方法。采用帶有不同電荷的具有多孔結構的納米材料與黏合劑結合涂覆在非極性鋰硫電池隔膜兩側，該隔膜涂覆層在電離作用下，在電解液中隔膜兩側形成兩個帶有不同電荷的區域，帶負電的一側會明顯排斥同樣帶負電的多硫化物，帶正電的一側會明顯吸引帶負電的多硫化物，利用同極相斥，異極相吸的原理，有效減少了多硫化物穿過隔膜的可能性，降低了穿梭效應，提高了電池性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，更具體地，涉及一種鋰硫電池的功能隔膜及其制備方法。

背景技術

化石燃料的日益枯竭及其燃燒帶來的嚴重環境問題促使社會對可持續能源的利用需求迅猛增加。鋰離子電池作為有效的化學儲存和釋放能量的手段得到廣泛應用。但商品化鋰離子電池受限于能量密度，不能滿足快速發展的技術需求。鋰硫電池具有較高的理論比容量(1675mA·hg^-1)和能量密度(2600Wh·Kg^-1)，同時硫在自然界儲量豐富、價格便宜、環境友好，因而成為極富發展潛力的一類鋰離子電池。

然而鋰硫電池在充放電的過程中面臨最大的問題是多硫化物的“穿梭效應”，即硫正極在充放電時產生長鏈多硫化物(LiS_x(x＝4-8))，長鏈多硫化物易在電解液中溶解，遷移擴散至負極與金屬鋰發生還原反應生成短鏈多硫化物(LiS_x(x＝1-2))，短鏈多硫化物通過濃度梯度擴散回正極被再次氧化。多硫化物的“穿梭效應”使短鏈多硫化物在正負極表面和隔膜中產生不可逆的沉積，降低電池的穩定度，同時造成活性物質損失，使電池的各項性能下降。隔膜是鋰硫電池的重要組成部分，用于分離電池中的正極和負極，避免電池內部短路，同時有助于鋰離子在兩電極之間的傳輸。

目前已經研究出各種策略來改善鋰硫電池的性能，例如硫陰極的結構，電解質、改性隔膜和鋰金屬保護。在這些策略中，隔膜的改進不僅保證了鋰離子不受阻礙的傳輸，并且阻止了多硫化物溶解到電解質中，進一步提高了鋰硫電池中活性硫陰極的利用率。

盡管由于進行了大量的研究，Li-S電池技術取得了長足的進步，但尚未提出有效的方法使高性能Li-S電池不僅提供高容量和良好的容量保持率，還能達到抑制鋰枝晶的效果。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種鋰硫電池的功能隔膜及其制備方法，該功能隔膜為非極性隔膜的改性隔膜，即將帶有不同電荷的具有多孔結構的納米材料涂覆在非極性鋰硫電池隔膜兩側，目的在于利用電荷相互作用，同極相斥，異極相吸的原理，抑制長鏈多硫化物的擴散從而解決鋰硫電池中多硫化物的“穿梭效應”問題，提升鋰硫電池的綜合性能，由此解決現有技術的鋰硫電池隔膜解決多硫化物的穿梭效應問題效果欠佳的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種鋰硫電池的功能隔膜，該功能隔膜包括非極性隔膜以及涂覆在該非極性隔膜兩側的帶電荷的多孔納米復合材料；

所述多孔納米復合材料包括帶負電荷的多孔納米復合材料和帶正電荷的多孔納米復合材料，所述帶負電荷的多孔納米復合材料包括帶負電荷的多孔納米材料和黏合劑；所述帶正電荷的多孔納米復合材料包括帶正電荷的多孔納米材料和黏合劑；

所述帶負電荷的多孔納米復合材料涂覆在所述非極性隔膜的一側，所述帶正電荷的多孔納米復合材料涂覆在所述非極性隔膜的另一側。

優選地，所述非極性隔膜為聚丙烯隔膜。

優選地，所述帶負電荷的多孔納米材料為氧化石墨烯、磺酸基改性納米材料或羧基改性納米材料；

所述帶正電荷的多孔納米材料為氨基改性納米材料或苯胺基改性納米材料；

所述納米材料為納米二氧化硅、納米碳和氧化石墨烯中的一種或幾種。