[發明專利]用于鋰硫電池的鈣鈦礦氧化物修飾的隔膜材料、鋰硫電池

在審

• 申請號: 202010162081.0
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111416090A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 閔宇霖;張宇鵬;柴媛;時鵬輝;范金辰;徐群杰;朱晟
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M4/139;H01M4/1393;H01M4/13;H01M4/133;H01M10/0525;H01M10/04;B82Y30/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及用于鋰硫電池的鈣鈦礦氧化物修飾的隔膜材料、鋰硫電池，該隔膜材料包括作為基底的隔膜本體，以及涂布在隔膜本體一側表面的修飾涂層，該修飾涂層由La_0.65Sr_0.35MnO₃納米顆粒，導電劑和粘結劑組成。與現有技術相比，本發明的隔膜材料可以有效抑制現有鋰硫電池充放電過程中的穿梭效應率，實現高的循環性和壽命。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池隔膜材料技術領域，涉及一種用于鋰硫電池的鈣鈦礦氧化物修飾的隔膜材料、鋰硫電池。

背景技術

基于多電子轉換的鋰硫電池可實現高能量密度(2600Wh kg^-1)，在電動汽車和無人機等新興應用中受到了廣泛關注。更重要的是，元素硫具有低成本和環境友好性等特點。因此具有實際應用的巨大潛力，但要解決其商業化應用仍需要解決一些問題。鋰硫電池中最嚴重的問題是“穿梭效應”，它是由長鏈多硫化物(Li₂S_n，4≤n≤8)高度溶解并通過隔膜擴散到鋰負極而產生的。穿梭效應不僅引起鋰金屬負極的腐蝕和嚴重的自放電現象，而且導致大量的硫損失，容量的迅速下降，并最終導致電池失活。因此，可溶性多硫化物的限制和再利用對于研究鋰硫電池至關重要。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于鋰硫電池的鈣鈦礦氧化物修飾的隔膜材料及其制備、以及采用對應隔膜材料制成的鋰硫電池。可以有效抑制現有鋰硫電池充放電過程中的穿梭效應率，實現高的循環性和壽命。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的技術方案之一提出了一種用于鋰硫電池的鈣鈦礦氧化物修飾的隔膜材料，包括作為基底的隔膜本體，以及涂布在隔膜本體一側表面的修飾涂層，該修飾涂層由La_0.65Sr_0.35MnO₃納米顆粒，導電劑和粘結劑組成。

進一步的，La_0.65Sr_0.35MnO₃納米顆粒、導電劑和粘結劑的質量比為(6-8):(1-3):1。

進一步的，所述的隔膜本體為聚丙烯膜或聚乙烯膜。

進一步的，所述的導電劑選自乙炔黑、導電炭黑、碳納米管或石墨烯的一種或幾種的組合。

進一步的，所述的粘結劑為全氟磺酸型聚合物(Nafion)溶液、聚乙烯醇、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的一種或幾種。

隔膜材料中的La_0.65Sr_0.35MnO₃納米顆粒，由于S原子和Mn原子之間的離子相互作用，LaSrMn具有強大的錨定多硫化物的能力。其次，LaSrMn的豐富的活性位點(O和Sr位點)也大大提高了吸附能力。導電劑在循環過程中可以提供豐富的電子途徑來促進S氧化還原，粘結劑則可以防止活性材料在隔膜中的脫落。納米顆粒含量過低對多硫化物穿梭抑制不夠明顯，而過高則對電池的能量密度有影響。

本發明的技術方案之二提出了一種用于鋰硫電池的鈣鈦礦氧化物修飾的隔膜材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)先取La_0.65Sr_0.35MnO₃納米顆粒，導電劑和粘結劑混合，再溶于乙醇中，超聲混合；

(2)所得超聲溶液以隔膜本體為濾紙抽濾，得到以隔膜本體為基底的功能性隔膜；

(3)再將功能性隔膜干燥，即得到目的產物。

進一步的，步驟(1)中，超聲處理的時間為90-120min。

進一步的，步驟(3)中，干燥的工藝條件為：在40-80℃的烘箱干燥4-24h。