[发明专利]一种改性锂硫电池专用隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种改性锂硫电池专用隔膜的制备方法，包括以下步骤：将自制的低分子量磺化聚醇、水溶性活性单体、酸吸收剂配制成水相溶液，以多元酰氯配制有机相溶液，将锂硫电池商用隔膜在水相中润湿后，随即浸泡在有机相溶液中，在商用隔膜的表面界面聚合一层聚合物层；最终得到界面聚合改性的锂硫电池隔膜。与锂硫电池商业隔膜相比，本发明工艺制备的磺化聚醇通过界面反应聚合到聚合产物中，使得界面聚合层含有羟基和磺酸基官能团，有效增加了改性隔膜的表面亲水性，同时使膜的表面荷上负电荷；界面聚合在商业锂硫电池隔膜表面生成致密的聚合物层，使孔径缩小至2‑200nm，能用有效阻止了穿梭效应的发生。

技术领域

本发明属于锂硫电池材料领域，特别是涉及一种改性锂硫电池隔膜的制备方法。

背景技术

目前锂电池受其理论比容量的限制无法进一步显著提高其能量密度，已远不能满足技术发展的需求；锂硫电池因其具有较高的理论比容量（1675mAh/g）和能量密度（2600Wh/kg）、环保性好、原料丰富的优点，目前被认为是最具开发和发展潜力的新型高性能电池之一。锂硫电池隔膜中，目前被广泛使用的是采用熔融拉伸法制备的微孔聚乙烯或聚丙烯膜，主要有聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜以及Celgard生产的多层复合隔膜。由于锂硫电池特殊的飞梭效应，传统锂离子电池隔膜很难阻止中间聚硫化物的穿梭，表现出极差的循环性能、降低活性物质利用率、库伦效率。

界面聚合法制备复合膜是利用两种反应活性很高的单体在两个互不相溶的溶剂表面处发生聚合反应，从而在多孔支撑层上形成一层很薄的致密层。将支撑层浸入含有活泼性单体的水溶液中，使其充分浸润，随即排出过量的溶液，并将此膜浸入含有另一种活泼单体的有机相中。两种活泼单体在支撑体表面会互相反应，形成致密的聚合物皮层。由于含单体的两相互不相容，反应仅在界面处发生，因此生成的聚合物层很薄，从而使复合膜渗透性和选择性都大为提高。常用在水相中的活性单体有多元胺、多元醇、多元酚，多元酰氯常用于有机相，反应后分别形成聚酰胺、聚酯或聚氨酯等聚合物皮层。

本发明采用界面聚合法通过控制隔膜孔径大小和改性膜表面基团极性，制备具有锂离子选择透过性的功能隔膜，能够有效抑制锂硫电池穿梭效应的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性锂硫电池隔膜的制备方法，采用该方法制备的改性隔膜孔径小且具有锂离子选择透过性功能，能够有效提高锂硫电池的循环性能和库伦效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体包括以下步骤：

磺化聚醇的制备：将低分子量聚醇溶于蒸馏水中，并加热使之溶解，形成聚醇类溶液；然后将聚醇类溶液置于冰水混合物的水浴中，不断搅拌冷却，并逐滴加入过量质量分数为98%的浓硫酸，形成含酸混合物溶液；将含酸混合物溶液在30-50℃水浴加热搅拌一定时间，将无水乙醇倒入含酸混合物溶液中，直到混合物溶液的pH值达到5-7，此时有白色沉淀物产生；将生成的白色沉淀物放在烘箱中50℃烘干24h，得到磺化聚醇；

水相和有机相溶液的配制：按质量比（磺化聚醇：水溶性活性单体：酸吸收剂：表面改性剂：去离子水=（1.5-4）：（1.5-4）：（2-4）：0.05：100）称取磺化聚醇和水溶性活性单体室温下溶解于去离子水中，并加入酸吸收剂、表面改性剂，形成含有活性单体的水相；按质量百分比（多元酰氯：有机溶剂=（3-5）：100）称取多元酰氯溶解于有机溶剂中，形成含有活性单体的有机相；

界面聚合：取合适尺寸的锂硫电池专用隔膜表面用酒精擦拭干净后置于含有活性单体的水相中5-15min，形成湿膜；将湿膜浸入含有活性单体的有机相中进行界面聚合反应，最终制备出一种改性锂硫电池专用隔膜。

所述低分子量聚醇类为聚乙烯醇，聚丙烯醇，聚戊烯醇，聚己烯醇中的一种或多种；低分子量聚醇类分子量范围为：1700-20000。

所述混合物溶液在30-50℃水浴加热搅拌一定时间为：3-10h。