[发明专利]一种具备核-壳结构的锂硫电池电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池电解质的制备方法，该种电解质由具有核‑壳结构(核：聚酰亚胺纤维壳：掺氟芳纶纤维)凝胶化隔膜和电解液组成，其制备方法如下：1)将芳纶乳液、二甲基乙酰胺溶剂和奥利氟宝按比例搅拌均匀制成纺丝液1，同时将4，4’‑二氨基二苯醚和1，2，4，5‑均苯四甲酸二酐按比例混合均匀形成纺丝液2；2)利用同轴静电纺制备聚酰胺酸@掺氟芳纶膜，并进行热压亚酰胺化制备聚酰亚胺@掺氟芳纶膜；3)将最终膜放入双三氟甲烷磺酰亚胺(加入适量硝酸)‑1，3‑二氧戊环和1，2‑二甲氧基乙烷(体积比1∶1)的混合液中静置8h，制备聚酰亚胺@掺氟芳纶聚合物电解质。本发明所制备的聚合物电解质亲液性好、耐高温且强度高，其有利于锂硫电池的电化学和安全性能的提高。

技术领域

本发明涉及锂硫电池，特别涉及一种高强度凝胶化锂硫电池用聚酰亚胺@ 掺氟芳纶聚合物电解质及其制备方法，属于锂硫电池隔膜制备技术领域。

背景技术

能源危机的产生与环境污染的加剧使安全无毒、比能量高的绿色能源材料的发展显得尤为必要。而锂硫电池的研究与发展正顺应了这一趋势，其具备比能量高、循环寿命长、对环境污染小、无记忆效应等优点，在新能源汽车、航天航空以及各类电动工具等众多领域受到越来越多的青睐。锂硫电池隔膜是锂硫电池的关键部件，它是影响锂硫电池电化学与安全性能的至关重要的组成部分。由于聚烯烃类隔膜具备优异的力学性能、良好的化学稳定性以及相对廉价的特点，所以目前市场上应用的电池隔膜主要以聚烯烃类隔膜为主，例如：聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜以及聚丙烯/聚乙烯复合膜。但是，这些隔膜也存在着亲液能力差、保液率低等不足。且当其运用到所组装的电池中时，也容易发生漏液从而产生安全问题。尤其这些隔膜不能对多硫化合物进行有效的抑制，因此开发高性能的隔膜成为改善锂硫电池性能一个重要的方面。

随着电子产品及电动车等的飞速发展，电池需要具有更高的耐热性，这就要求电池隔膜具有较好的热稳定性。因此，许多研究学者们将一些具备优良耐热性的聚合物材料应用到锂离子电池中，如聚酰亚胺、聚芳醚砜酮、聚醚酰亚胺等。同样地，由于聚酰亚胺纤维和芳纶纤维膜具有优异的热稳定性、力学性能、耐辐射性、阻燃性和电绝缘性等，使其具备一定的潜力用作耐高温锂硫电池隔膜材料。另一方面，一些学者们也通过运用一些聚合物材料如聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和纤维素等去形成凝胶隔膜，其有利于隔膜吸液性的增强，且能够促进离子的有效传导，并对多硫化合物的穿梭效应进行有效抑制。然而，这类凝胶隔膜也存在着热稳定性和机械强度较差的问题，这不利于电池安全性能的保持。因此构筑一种耐高温高强度的凝胶化隔膜对高性能锂硫电池的发展显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种耐高温且高强度的锂硫电池用凝胶化聚合物电解质及其制备方法，所述的锂硫电池电解质由利用同轴静电纺丝法制备的具有核-壳结构的凝胶化锂硫电池聚酰亚胺@掺氟芳纶膜和电解液组成。同轴静电纺技术是一种制备核-壳结构纳米纤维的简便且低成本的方法，其能够将不同组分材料的优点进行良好的结合。该种方法所制备的核-壳结构的聚酰亚胺@掺氟芳纶膜中，由于氟元素的存在使掺氟芳纶组分膜在电解液中能够形成明显的凝胶化现象，从而能有效阻碍多硫化物的穿梭效应，促进锂离子传输速率的提高。但是凝胶化现象能够导致隔膜的刚性降低，抗穿力下降。而具有高强度的聚酰亚胺组分膜的引入又能够赋予该核-壳结构的聚酰亚胺@掺氟芳纶膜刚柔并济的特点，使所制备的核-壳结构的聚酰亚胺@掺氟芳纶膜同时具备十分优异的热稳定性和力学性能，能够有效抑制锂枝晶的刺破，进而提高锂硫电池的能量密度、循环稳定性、循环安全性以及循环寿命。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：提供一种锂硫电池用电解质及其制备方法，所述的锂硫电池电解质由具有核-壳结构的锂硫电池用凝胶化聚合物电解质制备方法，包括如下步骤：