[发明专利]锂硫电池用改性隔膜的制备方法、改性隔膜及具有该改性隔膜的锂硫电池

说明书

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种锂硫电池用改性隔膜的制备方法、改性隔膜 及具有该改性隔膜的锂硫电池。

背景技术

锂硫电池以金属锂为负极、以单质硫或有机硫化物为正极的一种新型化学电池，是具有 高理论能量密度的电池之一，具有资源丰富、无毒、环境友好、价格低廉等优点。但锂硫电 池在应用过程中仍面临着许多挑战，其中最为严峻的是电池充放电过程中产生的多硫化物溶 于电解液，发生“穿梭效应”导致活性物质的损失，导致锂硫电池容量迅速衰减。

近年来，部分学者在不改变锂硫电池主体结构的基础上，适当改变锂硫电池结构使得电 化学性能提高，为高比能量锂硫电池的研究发展开辟新的方向。《先进功能材料》杂志 (AdvancedFunctionalMaterials.2015,25(33):5285-5291)介绍了JuanBalach在隔膜上面涂覆 一层多孔碳，可有效提高锂硫电池的循环寿命。专利(CN104393220A)公开了一种采用基 于金属有机框架材料改性隔膜的锂硫电池，但金属有机框架材料价格昂贵，成本较高。研究 表明，金属有机框架材料对多硫化物仅仅是物理吸附，难以从根本上解决多硫化物的“穿梭 效应”。同时，上述现有技术中的锂硫电池，硫在整个电极片的含量较低(低于70％)，难以 进一步提高硫的利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可以 抑制锂硫电池充放电过程中多硫化物的“穿梭效应”，提高锂硫电池循环寿命的锂硫电池用 改性隔膜的制备方法、改性隔膜以及采用该改性隔膜的正极片中硫含量高的锂硫电池。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种锂硫电池用改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：将导电剂与纳米金属氧化物按质 量比1:1～10:1进行混合，获得混合均匀的涂层材料；将所述涂层材料与粘结剂按质量比1:1～ 5:1混合均匀，然后分散到溶剂中；通过机械搅拌或超声分散获得分散均匀的涂层浆料；将所 得涂层浆料涂覆于一隔膜基体表面，真空干燥，即得锂硫电池用改性隔膜。

采用导电剂和纳米金属氧化物按比例混合制得改性隔膜，利用纳米金属氧化物中极性的 金属-氧键(M-O)，有效地吸附及催化锂硫电池充放电过程中所产生的多硫化物，抑制多硫 化物的“穿梭效应”，提高了锂硫电池的电池容量和循环寿命；同时，避免了采用价格昂贵的 金属有机框架材料，节省了电池成本，有利于工业化生产。采用该方法所制备的改性隔膜的 锂硫电池在0.5C倍率下表现出良好的循环性能。

上述的锂硫电池用改性隔膜的制备方法，优选的，所述纳米金属氧化物为纳米 Mg_0.6Ni_0.4O、Mg_0.8Cu_0.2O、TiO₂、Al₂O₃、SiO₂中的一种或两种以上。

上述的锂硫电池用改性隔膜的制备方法，优选的，所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、碳 纤维、碳纳米管、科琴黑、氮掺杂碳、石墨烯、氮掺杂石墨烯中的一种或两种以上。

上述的锂硫电池用改性隔膜的制备方法，优选的，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚乙烯 醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚胺酯中的一种或两种以上。

上述的锂硫电池用改性隔膜的制备方法，优选的，所述溶剂为乙醇、丙酮、N-甲基吡咯 烷酮中的一种或两种以上。

上述的锂硫电池用改性隔膜的制备方法，优选的，所述真空干燥的温度为40～60℃，真 空干燥的时间为6～24小时。

本发明另一方面提供了一种锂硫电池用改性隔膜，该改性隔膜由上述的锂硫电池用改性 隔膜的制备方法制备得到，所述改性隔膜包括隔膜基体和隔膜基体上涂覆的涂层，所述隔膜 基体为聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、玻璃陶 瓷中的一种或两种以上，隔膜基体的厚度为10～50μm；所述涂层的面密度为0.1-10mg/cm²； 所述改性隔膜的整体厚度为15～100μm。

本发明另一方面提供了一种具有改性隔膜锂硫电池，包括硫正极片、锂片负极和电解质， 所述硫正极片和锂片负极之间设有上述的锂硫电池用改性隔膜。