[发明专利]一种锂硫电池复合隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂硫电池领域，特别涉及一种锂硫电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极的电池体系。锂硫电池的具有两个放电平台（约为2.4 V 和2.1 V），但其电化学反应机理比较复杂。锂硫电池具有比能量高（2600 Wh/kg）、比容量高（1675 mAh/g）、成本低等优点，被认为是很有发展前景的新一代电池。但是目前其存在着活性物质利用率低、循环寿命低和安全性差等问题，这严重制约着锂硫电池的发展。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：（1）单质硫是电子和离子绝缘体，室温电导率低（5×10^-30S·cm^-1），由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困难；（2）在电极反应过程中产生的高聚态多硫化锂 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于电解液中，在正负极之间形成浓度差，在浓度梯度的作用下迁移到负极，高聚态多硫化锂被金属锂还原成低聚态多硫化锂。随着以上反应的进行，低聚态多硫化锂在负极聚集，最终在两电极之间形成浓度差，又迁移到正极被氧化成高聚态多硫化锂。这种现象被称为飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率。同时不溶性的Li₂S和 Li₂S₂沉积在锂负极表面，更进一步恶化了锂硫电池的性能；（3）反应最终产物Li₂S同样是电子绝缘体，会沉积在硫电极上，而锂离子在固态硫化锂中迁移速度慢，使电化学反应动力学速度变慢；（4）硫和最终产物Li₂S的密度不同，当硫被锂化后体积膨胀大约79%，易导致Li₂S的粉化，引起锂硫电池的安全问题。上述不足制约着锂硫电池的发展，这也是目前锂硫电池研究需要解决的重点问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂硫电池复合隔膜，包括商用Celgard隔膜和其表面的聚丙烯腈/氧化石墨烯层组成，所述的聚丙烯腈/氧化石墨烯层的厚度为1～10μm，所述的聚丙烯腈/氧化石墨烯层中聚丙烯腈与氧化石墨烯的质量比为0.2-1：1。

本发明提供一种锂硫电池复合隔膜的制备方法如下：

（1）将氧化石墨加入有机溶剂中，超声分散，形成悬浮液；

（2）将聚丙烯腈单体加入到上述悬浮液，搅拌均匀，再向悬浮液中加入引发剂，搅拌反应，反应完全后，将悬浮液倒入垫有Celgard隔膜和滤纸的抽滤瓶中抽滤，烘干后撕去滤纸及得到锂硫电池复合隔膜。

步骤（1）中氧化石墨选用含氧质量分数为10-40%氧化石墨，氧化石墨与有机溶剂的质量比为1：10-100，有机溶剂为N- 甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜，N,N- 二甲基甲酰胺，乙醇中的一种或几种，超声时间0.5-5小时;

步骤（2）中氧化石墨和聚丙烯腈单体的质量比为1：0.1-0.5，搅拌时间为1-5小时，引发剂选用偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵中的一种，引发剂与聚丙烯腈单体的质量比为1-3:100，加入引发剂后搅拌反应时间为10-60分钟；

本发明具有如下有益效果： 聚丙烯腈/氧化石墨烯层中的聚丙烯腈上的腈基，与氧化石墨烯表面的氧均为强极性基团，能对充放电过程中形成的多硫化物形成强烈的化学吸附，能有效的阻止多硫化物穿过隔膜到达负极，减少飞梭效应的发生，提高锂硫电池的寿命。

附图说明

图1是本发明的复合隔膜结构示意图。

图2是本发明的复合隔膜制备流程图。

图3是本发明的复合隔膜的循环寿命图。

其中，1为聚丙烯腈/氧化石墨烯层，2为Celgard隔膜。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1

（1）将10g氧化石墨加入10g N-甲基吡咯烷酮中，超声5小时分散，形成悬浮液；

（2）将1g聚丙烯腈单体加入到上述悬浮液，搅拌1小时使其分散均匀，再向悬浮液中加入0.01g引发剂偶氮二异丁腈，搅拌反应1小时，反应完全后，将悬浮液倒入垫有Celgard隔膜和滤纸的抽滤瓶中抽滤，烘干后撕去滤纸及得到锂硫电池复合隔膜。

实施例2

（1）将10g氧化石墨加入100g二甲基亚砜中，超声0.5小时分散，形成悬浮液；