[發(fā)明專利]鋰硫電池改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110130002.2
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112886140A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧雯雯;施偉博
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類號: H01M50/446
• 分類號: H01M50/446;H01M50/449;H01M50/403;H01M10/052
• 代理公司: 重慶航圖知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50247
• 代理人: 胡小龍

本發(fā)明公開了一種鋰硫電池改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用；所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一側(cè)或兩側(cè)表面上的涂層，所述涂層中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H⁺被Li⁺取代。本發(fā)明在隔膜表面涂覆了全氟磺酸聚合物和碳材料的復(fù)合物，其中全氟磺酸聚合物的H⁺被Li⁺取代，達(dá)到只允許Li⁺通過，阻斷多硫化物通過的目的，同時碳材料能吸附溶于電解液中的多硫化物離子，還能夠降低隔膜阻抗，全氟磺酸聚合物和碳材料兩者的上述協(xié)同作用可有效抑制鋰硫電池的多硫化物穿梭效應(yīng)，大大提高鋰硫電池的比容量和庫倫效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰硫電池改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近幾年，硫正極被廣泛研究。硫正極理論比容量超過1600mAhg^-1,以金屬鋰為負(fù)極的鋰硫電池，理論能量密度達(dá)2600Whkg^-1，是傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度的5倍以上。然而，鋰硫電池在應(yīng)用中面臨一些難題，主要在于鋰硫電池充放電過程中生成的多硫化物易溶于電解液，從而產(chǎn)生穿梭效應(yīng)，降低電池的庫倫效率和循環(huán)壽命。針對這一問題，研究者們做了很多工作，主要可以概括為2類：1)單質(zhì)硫復(fù)合到碳結(jié)構(gòu)中，形成碳/硫復(fù)合結(jié)構(gòu)，限制活性物質(zhì)與電解液的直接接觸；2)用氧化物、硫化物、金屬-有機框架(MOF)等極性化合物作為正極材料，與多硫化物形成強的偶極-偶極相互作用，對多硫化物的溶解和擴散起到化學(xué)限制作用。雖然上述兩種方法在一定程度上能緩解多硫化物的穿梭效應(yīng)，但是成本過高，不利于產(chǎn)業(yè)化。

現(xiàn)有技術(shù)中，有人提出在隔膜上涂覆聚合物涂層，通過涂層抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，提高鋰硫電池的比容量和庫倫效率。但是，涂層材料的選擇至關(guān)重要，不恰當(dāng)?shù)耐繉硬牧蠈μ岣咪嚵螂姵氐谋热萘亢蛶靷愋首饔糜邢蕖?/p>

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰硫電池改性隔膜及其制備方法和應(yīng)用，能夠有效抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，大大提高鋰硫電池的比容量和庫倫效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開了一種鋰硫電池改性隔膜，所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一側(cè)或兩側(cè)表面上的涂層，所述涂層中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H⁺被Li⁺取代。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述全氟磺酸聚合物為Nafion。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述碳材料為導(dǎo)電炭黑、中間相炭微球、導(dǎo)電石墨、科琴黑和乙炔黑中的一種或幾種。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述涂層中全氟磺酸聚合物與碳材料的質(zhì)量比為4:6-8:2。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述涂層中全氟磺酸聚合物與碳材料的質(zhì)量比為7:3。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述隔膜為聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜或玻璃纖維濾紙。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述隔膜為Celgard隔膜。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述涂層厚度為20-60μm。

本發(fā)明還公開了一種鋰硫電池改性隔膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將全氟磺酸聚合物和碳材料在溶液中混合，制成漿料；

(2)將步驟(1)得到的漿料涂覆在隔膜一側(cè)或兩側(cè)表面上，然后干燥；

(3)將步驟(2)得到的涂覆隔膜浸泡在含鋰鹽的溶液中進(jìn)行離子交換，得到改性隔膜。

本發(fā)明還公開了所述鋰硫電池改性隔膜在鋰硫電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果在于：