[發明專利]鋰硫電池隔膜用涂層材料、隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202310904554.3
• 申請日: 2023-07-24
• 公開（公告）號: CN116632452B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 楊晨;張超波;周建峰
• 申請（專利權）人: 江蘇寶德新材料有限公司
• 主分類號: H01M50/414
• 分類號: H01M50/414;C08G83/00;H01M50/449;H01M50/489;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發明涉及一種鋰硫電池隔膜用涂層材料、隔膜及其制備方法。該涂層材料具有如下結構單元：，所述結構單元中的A、B、C、D、E、F、G、H分別獨立地選自H或?SOsubgt;3/subgt;H，并且A、B、C、D、E、F、G、H至少有一個為?SOsubgt;3/subgt;H，所述涂層材料上接枝有石墨烯。本發明的涂層材料兼具高電子電導率及高離子電導率，能夠促進硫正極向多硫化合物的轉換，提高電池的容量和倍率；并且涂層材料還具有良好的吸附性，能夠抑制多硫化合物的穿梭，提高電池的循環壽命。

技術領域

本發明涉及一種鋰硫電池隔膜用涂層材料、隔膜及其制備方法。

背景技術

鋰硫（Li-S）電池配備輕質鋰負極和高豐度硫正極，它被認為是具有高理論能量密度和低成本的最有潛力的新型儲能系統之一。一方面，金屬鋰因其高的理論容量（3860mAh/g）和低的氧化還原電位（-3.04V，相對于標準氫電極）被認為是可充電電池負極優選的候選材料。另一方面，低成本硫表現出超高理論容量，并且它可以與鋰離子進行多電子轉化反應，高豐度和無毒性的硫在商業應用中表現出更好的環境友好性和更具吸引力的成本優勢。因此具有高理論比能量（2600?Wh/kg）和低成本的Li-S電池成為備受矚目的新型儲能器件。

雖然鋰硫電池被認為是改變鋰離子電池現狀和實現大規模儲能應用最有前景的技術之一。然而Li-S電池商業進程還是面臨一些問題，主要集中于硫正極的一些挑戰，如：1、單質硫和放電產物Li₂S低電導率，不利于化學反應的進行，造成活性物質利用率低，導致最終電極的容量較低；2、在充電過程中硫正極形成的多硫化物的會遷移到負極處，極大降低了電池的使用壽命。目前文獻中為了解決Li-S電池所面臨的上述技術難題已經提出多種策略，這些策略主要分為以下幾個方面：（1）設計硫正極主體結構，通過物理吸附或化學結合將多硫化合物（LiPSs）捕獲在正極結構中；（2）通過對隔膜進行優化來構建緩解多硫化鋰（LiPSs）擴散的屏障；（3）優化電解液體系來緩解?LiPSs?遷移。但是目前這些策略幾乎都只能單一化解決某一種問題，無法同時簡單高效的解決鋰硫電池容量和壽命問題，因此需要找到一種合適的方案來同時提高鋰硫電池的容量和使用壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠提高鋰硫電池容量和使用壽命的涂層材料、隔膜及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種鋰硫電池隔膜用涂層材料，所述涂層材料具有如下結構單元：

，所述結構單元中的A、B、C、D、E、F、G、H分別獨立地選自H或-SO₃H，并且A、B、C、D、E、F、G、H至少有一個為-SO₃H，所述涂層材料上接枝有石墨烯。

優選地，所述涂層材料通過使端基為氨基的聚芳噁二唑預聚體與羧基化石墨烯在硫酸的存在下原位聚合而成。

進一步優選地，所述原位聚合的溫度為100~150℃。

優選地，所述聚芳噁二唑預聚體通過聯苯醚二甲酸和硫酸肼反應生成，所述羧基化石墨烯占所述聯苯醚二甲酸和硫酸肼總質量的0.1~0.8%。

優選地，所述聚芳噁二唑預聚體的數均分子量為3000~5500?g/mol。

優選地，所述羧基化石墨烯的羧基含量為4~6%。

本發明的第二個目的是提供一種如上所述的涂層材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

步驟1、將聯苯醚二甲酸、硫酸肼、發煙硫酸混合，在第一溫度下反應，制備聚芳噁二唑預聚體，控制所述硫酸肼的投料摩爾量大于所述聯苯醚二甲酸的投料摩爾量；

步驟2、將羧基化石墨烯與濃硫酸混合，配置成石墨烯分散液；