[發明專利]凝膠態電池隔膜及其制備方法、鋰硫電池

在審

• 申請號: 202211442479.5
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN116130881A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 余津福;謝才興;甘婷;趙云龍;于子龍;陳杰
• 申請（專利權）人: 惠州鋰威新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M50/409
• 分類號: H01M50/409;H01M50/403;H01M10/052
• 代理公司: 廣東信誠國昊知識產權代理有限公司 44925
• 代理人: 丁光華

本發明揭示了一種凝膠態電池隔膜及其制備方法、鋰硫電池，其中，凝膠態電池隔膜包括基膜以及凝膠層，凝膠層涂覆在基膜上，凝膠層的材質為聚氧化乙烯?尿素凝膠。凝膠態電池隔膜的方法，包括以下步驟：將聚氧化乙烯溶液與尿素溶液混合攪拌，進行鍵合反應，制得聚氧化乙烯?尿素溶液，將聚氧化乙烯?尿素溶液涂覆在基膜上，烘干，形成凝膠層；制得凝膠態電池隔膜。本申請通過凝膠層中聚氧化乙烯中的羥基和尿素中的氨基相互鍵合，形成氫鍵絡合物，氫鍵使得凝膠層結構更穩定，從而抑制鋰硫電池中多硫化物的“穿梭效應”，以提高電池的循環穩定性，并且該絡合物在電解液中會發生溶脹，形成凝膠態的電池隔膜，從而提高電池隔膜的吸液率和持液率。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池技術領域，具體地，涉及一種凝膠態電池隔膜及其制備方法、鋰硫電池。

背景技術

由于鋰硫電池的正極活性材料(元素硫)價格便宜，來源廣泛且對環境友好，使其成為繼鋰離子電池之后最有前途的儲能系統之一。鋰硫電池的主要結構為包括采用單質硫的正極、采用金屬鋰的負極、電解液以及隔膜，其中，正極主要包括活性物質硫、導電添加劑、粘合劑以及集流體，活性物質硫、導電添加劑以及粘合劑均勻涂覆在集流體上。但是，硫作為鋰硫電池的正極活性物質，其導電率極低，在25℃下導電率為5*10-30S/cm，導致活性物質硫的利用率降低，使得鋰硫電池電池循環性能低、電化學可逆性差容量衰減快。

中國專利CN103840199A公開了一種PEO基凝膠聚合物電解質膜的制備方法，該方法采用PEO(聚氧化乙烯)、有機溶劑和造孔劑為原料，制備出PEO基凝膠聚合物電解質膜。但是這種膜的穩定性較差，只適用于鋰電池中，由于在鋰硫電池中存在“穿梭效應”，不穩定的凝膠結構容易導致多硫化物從正極穿過凝膠物質進入負極中，從而導致容量的快速衰減。另外，參照圖1，圖1為聚氧化乙烯膜溶脹后部分被溶解的圖片，單純的PEO薄膜浸泡在鋰硫電池的電解液中，會出現先溶脹后溶解的現象，導致鋰硫電池的吸液率低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種凝膠態電池隔膜及其制備方法、鋰硫電池。

本發明公開的一種凝膠態電池隔膜包括基膜以及凝膠層，凝膠層涂覆在基膜上，凝膠層的材質為聚氧化乙烯-尿素凝膠。

一種制備上述的凝膠態電池隔膜的方法，包括以下步驟：

將聚氧化乙烯溶液與尿素溶液混合攪拌，進行鍵合反應，制得聚氧化乙烯-尿素溶液，鍵合反應如下式(Ⅰ)所示：

將聚氧化乙烯-尿素溶液涂覆在基膜上，烘干，形成凝膠層；

制得凝膠態電池隔膜。

根據本發明一實施方式，聚氧化乙烯-尿素溶液中，聚氧化乙烯與尿素的質量比為1：(0.2-1.75)。

根據本發明一實施方式，步驟將聚氧化乙烯溶液與尿素溶液混合攪拌之前，還包括以下步驟：

制備聚氧化乙烯溶液。

根據本發明一實施方式，制備聚氧化乙烯溶液包括以下子步驟：

稱取2g聚氧化乙烯，量取98mL去離子水；

將氧化乙烯與去離子水混合，攪拌至完全溶解；

得到聚氧化乙烯溶液。

根據本發明一實施方式，步驟將聚氧化乙烯溶液與尿素溶液混合攪拌之前，還包括以下步驟：

制備尿素溶液。

根據本發明一實施方式，制備聚氧化乙烯溶液包括以下子步驟：

稱取2g尿素，量取8mL去離子水；

將尿素與去離子水混合；

得到尿素溶液。