[发明专利]一种锂硫电池隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池隔膜的制备方法，主要包括如下步骤：1)用煅烧方法获得石墨相氮化碳；2)用研磨、剥离等方法减小石墨相氮化碳的尺寸；3)通过加入添加剂或嫁接功能团改善石墨相氮化碳的物理化学特性；4)利用刮涂、旋涂等方式获得基于石墨相氮化碳的薄膜材料。与现有隔膜相比，本发明制备过程简单，原料成本低、性能调节扩展性强的特点，适合规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂硫电池是一种新型的锂离子电池。相较于传统的锂离子电池，锂硫电池具有能量密度高、原料来源广泛、环境友好的特点。上述优势对于减少化石燃料的使用以及推动电动汽车等方面的应用具有极大的理论和应用价值。

锂硫电池的理论比容量和比能量很高，分别为1675mAh/g和2600Wh/Kg，远高于已经商业化的传统的基于LiCoO₂、LiFeO₄、LiNiO₂等电极材料的锂离子电池，后者能量密度约为150-200Wh/Kg。但是，锂硫电池的实际比容量还和理论值有一定差距，容量衰减快、循环寿命短等因素限制的锂硫电池进一步的商业化应用。作为锂硫电池正极材料的硫单质在充放电过程中会产生中间相Li₂S_x(x＝2～8)，中间相Li₂S_x会溶解到电解液中，并在充放电过程中穿梭于正负极之间，导致有效电极材料的损失，即所谓的“穿梭效应”。“穿梭效应”严重降低了锂硫电池的循环稳定性。

目前，抑制中间相多硫化锂溶解到电解液中的方法主要有如下几种：(1)利用一些具有巨大表面积和丰富空洞结构的纳米结构材料对单质硫颗粒进行包覆，阻碍多硫化物的移动；(2)通过加入一些极性化学添加剂，利用极性Li₂S_x和极性基底之间的化学键合力将Li₂S_x吸附在正极材料的表面；(3)在正极和负极之间引入一层由石墨烯、碳纳米管等构成的极性隔膜来实现对Li₂S_x的阻挡。但这些方法存在或操作复杂，或成本高，或耗时长等不足。因此，开发一种高效率，低成本地抑制Li₂S_x“穿梭效应”的方法具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种基于石墨相氮化碳(g-C₃N₄)隔膜提升锂硫电池循环寿命的方法。该方法克服了现有的隔膜存在的离子传输效率低、制备成本高、耗时长等弊端，具有制备过程简单、原料成本低、性能调节扩展性强的特点，适合规模化生产。

本发明通过以下技术方案得以实现：

(1)在升温速率为0.5℃·min^-1～20℃·min^-1的条件下，将一些含氮氧元素的前驱体升温至500～600℃，并保温1-4h，然后自然冷却降温至室温，得到g-C₃N₄。其中氮氧化物前驱体可以是三聚氰胺、硫脲、二氰二胺、尿素等。反应气氛为空气或惰性气体；

(2)将(1)得到的g-C₃N₄进行研磨或剥离，得到颗粒减小的微纳米尺度的g-C₃N₄。

(3)以(2)所得的g-C₃N₄纳米材料为主要成分，通过抽滤、刮涂或旋涂的方式，制成厚度为0.1-3mm的薄膜；

(4)将所得薄膜通过剪裁成合适的尺寸，放置于锂硫电池正极材料与绝缘隔膜之间，进行使用。

附图说明

图1为实施例1中制备的g-C₃N₄的XRD图谱。