[发明专利]一种锂硫电池及其隔膜和该隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池及其隔膜和该隔膜的制备方法，属于锂离子电池隔膜技术领域。本发明的一种用于锂硫电池的功能膜，包括多孔膜基材，多孔膜基材的表面设有功能结构层，所述功能结构层的组分包括填充剂、粘接剂、导锂离子功能助剂，其中填充剂为MoS2、石墨烯、硫化铁、TiS2、ZrS2等层状材料中的一种或一种以上的组合其添加量为功能结构层总重的15‑80％。本发明的一种锂硫电池，采用上述功能膜作为隔膜。采用本发明的技术方案可以有效抑制多硫化锂的“穿梭效应”，并提高锂硫电池的库伦效率、容量和电导率。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，更具体地说，涉及一种锂硫电池及其隔膜和该隔膜的制备方法。

背景技术

近年来，越来越多的新能源汽车出现在人们的日常生活中，国家也大力支持和推进新能源电动汽车的市场化和应用。锂硫电池采用地球上含量丰富、高容量的硫作为正极，锂作为负极，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，锂硫电池具有很高的理论比容量，其理论能量密度为(1675mAh/g)，很好地契合了电动汽车的需求。锂硫电池目前在欧美国家已经有小范围的应用，同时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，锂硫电池是低成本、高能量密度系统最具前景的重要组成单元。

其中，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。但锂硫电池充放电时产生的中间产物多硫化锂极易通过隔膜从硫正极穿梭到锂负极，在锂负极上形成绝缘层，降低锂负极与隔膜的接触，使锂离子的传输受阻，库伦效率降低，同时多硫化锂是硫正极活性物质的产物，多硫化锂从正极的流失使活性物质减少，硫的利用率降低，导致容量下降，这种效应称之为“穿梭效应”。锂硫电池的穿梭效应极大地限制了锂硫电池容量的发挥，影响了锂硫电池的实际应用。抑制锂硫电池的穿梭效应，隔膜扮演着至关重要的作用。好的隔膜应该在不影响锂离子正常传输的前提下，同时阻挡多硫化物的穿梭，并且最大限度地发挥电极的容量。

针对锂硫电池存在的上述问题，目前研究人员主要是研究在隔膜表面制备功能性涂层来抑制多硫化锂的穿梭。如，中国专利申请号为201610779324.9的申请案公开了一种用于锂硫电池的功能膜以及锂硫电池，该申请案的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。

又如，中国专利申请号为201410490800.6的申请案公开了一种复合型结构的锂硫电池，该申请案的锂硫电池，包括依次叠合的负极、隔膜、正极，于隔膜和正极间设有阻硫复合层，该阻硫复合层由具有电化学活性的金属硫族化物制备而成；所述的具有电化学活性的金属硫族化物包括TiS2，MoS2，WS2，SnS2，CdS，TaSe2，TiSe2，MoSe2等。上述两申请案通过功能性阻硫涂层的设置在一定程度上可以抑制多硫化锂的“穿梭效应”，但其效果仍有待进一步改善。此外，由于现有隔膜通常是采用倒相法制备，其机械强度较低、电池倍率性能较差。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有锂硫电池存在的易发生多硫化锂的“穿梭效应”的不足，提供了一种锂硫电池及其隔膜和该隔膜的制备方法。采用本发明的技术方案可以有效抑制多硫化锂的“穿梭效应”，提高锂硫电池的库伦效率和容量。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：