[發(fā)明專(zhuān)利]一種高循環(huán)高容量性能電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010785578.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111900309B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙瑞榮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南盛利高新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M50/403
• 分類(lèi)號(hào): H01M50/403;H01M50/446;H01M50/449;H01M50/497;H01M10/052
• 代理公司: 深圳市恒程創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44542
• 代理人: 趙愛(ài)蓉

本發(fā)明公開(kāi)了一種高循環(huán)高容量性能電池，其包括正極、負(fù)極、隔膜及電解液，正極為石墨烯?硫復(fù)合正極，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜制備工藝為：(1)稱(chēng)取鋅鹽和硫脲，溶解在水中，隨后加入一定量的氧化石墨炔、氨水，超聲混合，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜，水熱反應(yīng)，得到S、N共摻雜的部分還原的氧化石墨炔/ZnS復(fù)合材料；(2)將步驟(1)制備的復(fù)合材料與粘結(jié)劑分散到溶劑中，攪拌后獲得分散均勻的涂層漿料；將其涂覆于隔膜基體的表面上，干燥，獲得復(fù)合隔膜。采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠有效抑制鋰硫電池循環(huán)過(guò)程中多硫化鋰引發(fā)的穿梭效應(yīng)，提高鋰硫電池的容量性能、循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池被廣泛應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域。隨著社會(huì)發(fā)展，傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足人們對(duì)能源存儲(chǔ)的需求。鋰硫電池(Li-S)由于高的理論比容量和能量密度，以及硫的低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲(chǔ)體系之一。然而，Li-S電池的商業(yè)化應(yīng)用仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如固體硫化物的絕緣性，可溶性長(zhǎng)鏈多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫的體積變化大等。這些問(wèn)題通常導(dǎo)致硫的利用率低，循環(huán)壽命差，甚至一系列安全問(wèn)題。如何大幅提高Li-S電池的實(shí)際能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

隔膜也是電池的重要組成之一，其作用是導(dǎo)通離子傳輸并防止電池短路。商業(yè)化PP、PE隔膜，由于其孔徑較大，多硫化物能夠較容易地通過(guò)，因而不能有效地抑制多硫化物的擴(kuò)散和穿梭。

本發(fā)明的目的在于提出一種鋰硫電池用功能性復(fù)合隔膜及其制備方法，以解決現(xiàn)有鋰硫電池中存在的上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種鋰硫電池隔膜，具體制備工藝為：

(1)稱(chēng)取鋅鹽和硫脲，溶解在水中，隨后加入一定量的氧化石墨炔、氨水，超聲混合，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜，水熱90～160℃，反應(yīng)12～24h；得到S、N共摻雜的部分還原的氧化石墨炔/ZnS復(fù)合材料；

(2)將步驟(1)制備的復(fù)合材料與粘結(jié)劑分散到溶劑中，攪拌后獲得分散均勻的涂層漿料；將其涂覆于隔膜基體的表面上，干燥，獲得復(fù)合隔膜。

所述無(wú)機(jī)鋅鹽為氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或硬脂酸鋅。

所述水熱反應(yīng)溫度為60～150℃，反應(yīng)時(shí)間為12～24h。

所述鋅鹽和硫脲的摩爾比為1:(1.3-1.5)。

所述隔膜基體為PP隔膜、PE隔膜、聚酰亞胺隔膜。

所述S、N共摻雜的部分還原的氧化石墨炔與ZnS質(zhì)量比為(5-20)：(95-80)。

有益效果：

(1)ZnS具有一定的鋰離子傳導(dǎo)率，不僅有利于提高電池離子傳遞速率，并且可以高效抑制了聚硫化物的穿梭；(2)水熱過(guò)程反應(yīng)條件溫和，可以實(shí)現(xiàn)氧化石墨炔的部分還原，硫脲一方面作為ZnS的硫源，同時(shí)，其可以作為硫源摻雜到還原的氧化石墨炔中以提高其活性位點(diǎn)和缺陷度，摻S、N的部分還原氧化石墨炔不僅僅提高了ZnS的導(dǎo)電性，其炔鍵以及表面極性官能團(tuán)(如羧基、羥基、C-N、C-S鍵)對(duì)多硫化物有很強(qiáng)的吸附作用，防止多硫化物的溶解，有限抑制穿梭效應(yīng)；(3采用一步水熱法，工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)稱(chēng)取0.05mmol的鋅鹽和0.07mmol硫脲，溶解在水中，隨后加入氧化石墨炔、氨水，超聲混合，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜，水熱90℃，反應(yīng)15h；得到S、N共摻雜的部分還原的氧化石墨炔/ZnS復(fù)合材料；S、N共摻雜的部分還原的氧化石墨炔與ZnS質(zhì)量比為18:82；

(2)將步驟(1)制備的復(fù)合材料與粘結(jié)劑以質(zhì)量比為90:10的比例分散到溶劑NMP中，攪拌后獲得分散均勻的涂層漿料；將其涂覆于PE隔膜基體的表面上，干燥，獲得復(fù)合隔膜。