[发明专利]一种锂硫电池隔膜及其制备方法

说明书

一种锂硫电池隔膜的制备方法，包括合成多孔黑色二氧化钛、制备PB‑TiO₂涂覆隔膜等步骤，本方法中制备的多孔黑色二氧化钛具有更高的比表面积，其目的在于利用多孔黑色二氧化钛高的比表面积和对多硫化物的吸附作用，通过物理和化学双重作用抑制飞梭效应，显著提高电池的放电容量，改善电池的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。

背景技术

锂硫电池由于具有高理论比容量和能量密度、低成本、高安全性能，是下一代电池的候选材料之一。然而，硫和放电产物硫化锂的低电子电导率导致了硫的利用率极低，充放电过程中巨大的体积变化导致活性物质和集流体分离，破坏了电极的结构，恶化了电池的循环稳定性。特别是多硫化物在电解液中的飞梭效应，是导致锂硫电池循环性能差的最主要原因。这些缺点制约着锂硫电池的发展。

为了解决这些不足，很多研究团队进行了大量的研究。迄今为止，容易产业化的方式是将碳材料涂覆在隔膜上，利用碳材料的孔或层结构，物理阻隔溶解在电解液中的多硫化物扩散到负极一侧。但是，碳材料是非极性的，它与极性的多硫化锂之间的相互作用很弱，随着电池循环的进行，多硫化物依然会扩散到电极负极一侧，与金属锂发生反应，导致循环稳定性变差。为了提高对多硫化物的束缚作用，一些具有导电性的金属氧化物被用作吸附剂添加到碳夹层中。例如，黑色二氧化钛不仅可以提高硫电极的电子电导率，而且能很好的束缚多硫化物，改善锂硫电池的电化学性能。然而，通常制备黑色二氧化钛需要高的反应温度，致使开放孔变为闭合孔，比表面积变小，使硫的利用率和对多硫化物的吸附能力变差。因此，如何解决此问题是一种有效改善锂硫电池性能的关键策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂硫电池隔膜的制备方法，包括合成多孔黑色二氧化钛、制备PB-TiO₂涂覆隔膜等步骤，本方法中制备的多孔黑色二氧化钛具有更高的比表面积，其目的在于利用多孔黑色二氧化钛高的比表面积和对多硫化物的吸附作用，通过物理和化学双重作用抑制飞梭效应，显著提高电池的放电容量，改善电池的倍率性能和循环稳定性。

本发明的目的是这样实现的，该方法是通过以下步骤实现的：

(1)、合成多孔黑色二氧化钛(PB-TiO₂)

a)钛酸正丁酯添加到乙二醇中，在室温下搅拌3～5h；

b)将混合物倒入到丙酮与去离子水混合的溶液中，快速搅拌1～2h，将得到的白色沉淀离心收集，用乙醇洗涤4～6次，放入50～60℃烘箱中干燥，得到乙二醇钛；

c)将上述得到的乙二醇钛添加到去离子水中，回流1～2h后离心收集白色沉淀之后用水洗涤2～4次，放入50～60℃烘箱中干燥，制得P-TiO₂(多孔二氧化钛)；

d)将PEG 4000(聚乙二醇)溶解在无水乙醇中，将制备的P-TiO₂分散在其中，搅拌并蒸干溶剂后得到固体产物；

e)在Ar/H₂(体积比为92:8)混合气氛下，升温速率为5℃/min，800℃煅烧3h后冷却至室温，得到PB-TiO₂。

(2)、制备PB-TiO₂涂覆隔膜

a)将制备的PB-TiO₂，购买的SP(导电炭黑)，PVDF粘结剂(聚偏氟乙烯)，按照质量比70:10:20的比例称量，外加1-3wt％的NMP(N-甲基吡咯烷酮)，球磨2～3h制成浆料。

b)用刮刀涂覆在商业的PP隔膜上，制备出PB-TiO₂@PP隔膜(表面涂有PB-TiO₂材料的PP隔膜)，涂层的涂覆量控制在0.4mg/cm²。

(3)、制备正极材料