[发明专利]包含激光诱导的碳化石墨烯层的隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池

说明书

本发明公开了一种电化学装置用隔膜。所述隔膜包含无纺布基材，其中所述无纺布基材的至少一个表面包括通过将所述无纺布基材从所述无纺布基材的表面碳化至预定深度而形成的电极反应层，且所述电极反应层设置在所述隔膜的两个表面中的至少一个表面的最外侧。

技术领域

本申请要求于2016年11月29日在韩国提交的韩国专利申请10-2016-0160634号的优先权，通过参考将其内容并入本文中。本发明涉及电化学装置用隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池。

背景技术

锂-硫电池具有比锂离子电池更高的理论容量和更高的能量密度，由此已被研究作为下一代电池。然而，随着放电时产生的多硫化物浓度的增加，锂-硫电池可能在电极中发生反应性降低，并且电池中的电解质因与电极的副反应而消耗，导致电池的寿命缩短。为了克服该问题，可以将多孔电解质保持层插入电极或隔膜中以减少电解质的消耗，降低电阻并改善电极中的反应性。然而，需要使上述效果最大化以提高能量密度。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种具有改善电极中的反应性的效果的隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池。本发明还旨在提供一种制备所述隔膜的方法。易于理解的是，本发明的这些和其他目的和优点可以利用所附权利要求书中所示的手段及其组合来实现。

技术方案

在本发明的一个方面，提供一种电化学装置用隔膜，以解决上述问题。根据本发明的一个实施方案，提供一种电化学装置用隔膜，所述隔膜包含电解质保持层，所述电解质保持层包含：无纺布层；和设置在所述无纺布层的一个表面上的电极反应层，其中所述电极反应层包含有机聚合物材料的碳化物，具有多孔结构，并且设置在所述隔膜的两个表面中的至少一个表面的最外侧。

根据第二实施方案，提供第一实施方案的电化学装置用隔膜，所述隔膜还包含具有多孔结构的多孔基材，其中所述电解质保持层设置在多孔聚合物基材的至少一个表面上，所述多孔基材和所述无纺布层以使得它们相互表面接触由此电极反应层设置在隔膜的最外表面上的方式堆叠。

根据第三实施方案，提供第一或第二实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述有机聚合物材料是无纺布基材，所述电解质保持层包含电极反应层，所述电极反应层通过热解将所述无纺布基材的表面部碳化而与所述无纺布层一体形成，并且所述表面部是具有从所述无纺布基材的表面到预定深度的厚度的部分。

根据第四实施方案，提供第一至第三实施方案中任一项的电化学装置用隔膜，其中所述有机聚合物材料是无纺布基材，所述电极反应层包含石墨碳，所述石墨碳是通过无纺布基材的热解进行碳化而产生的产物，且所述无纺布包含高耐热性塑料工程聚合物树脂。

根据第五实施方案，提供第四实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述高耐热性塑料工程聚合物树脂是选自如下树脂中的至少一种：聚砜聚合物树脂(PSF)、聚醚砜聚合物树脂(PES)、聚醚酰亚胺聚合物树脂(PEI)、聚苯硫醚聚合物树脂(PPS)、聚醚醚酮聚合物树脂(PEEK)、聚芳酯聚合物树脂(PAR)、聚酰胺酰亚胺聚合物树脂(PAI)、聚酰亚胺聚合物树脂(PI)和聚酰胺聚合物树脂。

根据第六实施方案，提供第一至第五实施方案中任一项的电化学装置用隔膜，其中所述电极反应层具有100nm～5μm的厚度。

根据第七实施方案，提供第三实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述无纺布基材包含高耐热性塑料工程聚合物树脂。

根据第八实施方案，提供第七实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述高耐热性塑料工程聚合物树脂是选自如下树脂中的至少一种：聚砜聚合物树脂(PSF)、聚醚砜聚合物树脂(PES)、聚醚酰亚胺聚合物树脂(PEI)、聚苯硫醚聚合物树脂(PPS)、聚醚醚酮聚合物树脂(PEEK)、聚芳酯聚合物树脂(PAR)、聚酰胺酰亚胺聚合物树脂(PAI)、聚酰亚胺聚合物树脂(PI)和聚酰胺聚合物树脂。