[发明专利]锂硫电池隔膜以及锂硫电池

说明书

本发明涉及一种锂硫电池隔膜，包括一隔膜基底以及一功能层，所述功能层覆盖在所述隔膜基底的表面，所述功能层包括至少两层碳纳米管层以及至少两层氧化石墨烯复合层，该至少两层碳纳米管层和至少两层氧化石墨烯复合层相互层叠交替设置，所述氧化石墨烯复合层包括多个氧化石墨烯片以及多个二氧化锰纳米颗粒，所述多个氧化石墨烯片相互搭接，所述多个二氧化锰纳米颗粒均匀的吸附在所述氧化石墨烯片上。本发明进一步提供一种包括上述锂硫电池隔膜的锂硫电池。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池隔膜以及锂硫电池，尤其涉及一种基于碳纳米管薄膜的锂硫电池隔膜以及锂硫电池。

背景技术

锂硫电池以硫单质为正极，以金属锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物,其反应方程式为：S₈+16Li⁺+16e^-1=8Li₂S。由于发生多电子转移反应，因此，其具有很高的理论比容量，比容量高达1672 mAh g^-1。另外，由于硫单质具备环境污染小、无毒、成本低、且原料来源广泛等特点，因此，锂硫电池受到越来越多的关注。

隔膜是锂硫电池中的一个重要组成部分，用于分离正极和负极，以避免内部短路，同时有助于自由锂离子在电极之间运输。锂硫电池隔膜通常为聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）等非极性薄膜，然而，锂硫电池在放电过程中产生的多硫化物具有高极性特征，并且极易溶于电解液，所以锂硫电池隔膜很难抑制多硫化物扩散，进而使多硫化物在正极和负极之间穿梭，导致正极含硫结构的不可逆破坏。上述隔膜的缺点导致锂硫电池的循环稳定性差，实际比容量低，倍率特性差等一系列问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种锂硫电池隔膜，该锂硫电池隔膜在锂硫电池充放电过程中，可以保证锂离子顺利穿越，同时可以抑制多硫化物扩散，避免多硫化物在正极和负极之间穿梭。同时，提供一种应用该锂硫电池隔膜的锂硫电池。

一种锂硫电池隔膜，包括一隔膜基底以及一功能层，所述功能层覆盖在所述隔膜基底的表面，其特征在于，所述功能层包括至少两层碳纳米管层以及至少两层氧化石墨烯复合层，该至少两层碳纳米管层和至少两层氧化石墨烯复合层相互层叠交替设置，所述氧化石墨烯复合层包括多个氧化石墨烯片以及多个二氧化锰纳米颗粒，所述多个氧化石墨烯片相互搭接，所述多个二氧化锰纳米颗粒均匀的吸附在所述氧化石墨烯片上。

一种锂硫电池，包括一正极、一负极及一锂硫电池隔膜，该锂硫电池隔膜设置在正极和负极之间；所述锂硫电池隔膜包括一隔膜基底以及一功能层，所述功能层覆盖在所述隔膜基底的表面，所述功能层包括至少两层碳纳米管层以及至少两层氧化石墨烯复合层，该至少两层碳纳米管层和至少两层氧化石墨烯复合层相互层叠交替设置，所述氧化石墨烯复合层包括多个氧化石墨烯片以及多个二氧化锰纳米颗粒，所述多个氧化石墨烯片相互搭接，所述多个二氧化锰纳米颗粒均匀的吸附在所述氧化石墨烯片上。

相较于现有技术，本发明提供的锂硫电池隔膜在隔膜基底的表面铺设一由氧化石墨烯片，二氧化锰纳米颗粒，以及碳纳米管层组成的功能层，由于氧化石墨烯片，二氧化锰纳米颗粒中的含氧官能团对多硫化物具有很强的化学吸附作用，可以抑制多硫化物扩散，避免多硫化物在正极和负极之间穿梭。碳纳米管层具有很好的机械性和导电性。所以该锂硫电池隔膜可以在保证锂硫电池电化学反应活性和锂离子顺利穿越的同时，抑制多硫化物扩散，避免多硫化物在正极和负极之间穿梭。而且，碳纳米管层的质量较轻，不会影响锂硫电池整体的能量密度。

附图说明

图1为本发明第一实施例锂硫电池隔膜的结构示意图。

图2为本发明第一实施例锂硫电池隔膜中的功能层的横截面的形貌图。

图3为本发明第一实施例锂硫电池隔膜中的功能层的结构示意图。

图4为本发明第一实施例锂硫电池隔膜中的功能层的表面形貌图。