[发明专利]一种锂硫电池的复合屏蔽层及其制备方法

说明书

本申请公开了一种抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的屏蔽层及其制备方法，该方法包括：将含有极性基团的聚合物溶于溶剂中并涂布于导电基质上，并将此复合材料作为屏蔽层用来抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭。根据本发明方法制备的复合屏蔽层中的聚合物能很好的捕获多硫化物，明显提升电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，特别涉及一种抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的复合屏蔽层及其制备方法。

背景技术

随着便捷式电子设备和电动汽车的快速发展，高功率、高能量密度储能系统已经得到越来越广泛的关注。锂硫(可简写为Li-S)电池因其理论能量密度高达2600Wh·kg^-1，成为了近年来新能源领域的研究热点，被认为是最具有应用前景的下一代二次电池。此外，硫元素具有明显的优势，例如低成本效益、无毒及储量丰富。然而，Li-S电池的商业化应用仍然面临严重挑战，主要由于正极材料在充放电过程中产生可溶性的多硫化物，同时向负极穿梭，引起负极材料的腐蚀和正极材料的容量的不可逆下降。长链多硫化物的穿梭效应导致的活性物质不可逆损失、严重的自放电、较低的库仑效率以及较差的循环稳定性等。

目前针对多硫化物的穿梭效应，最普遍的策略是采用具有高比表面积的纳米结构碳材料，通过物理限制作用进行多硫化物的捕获。另一种有效的方法是使用含有极性基团的聚合物材料通过化学相互作用进行多硫化物的捕获。

为了抑制锂硫电池穿梭效应导致的电学性能下降的缺陷，有必要开发一种抑制穿梭效应的Li-S电池的复合屏蔽层，进而提高锂硫电池的性能，拓展应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的复合屏蔽层，该复合屏蔽层含有的极性基团的聚合物，能够有效地吸附电池充放电过程中的多硫化物，减少因多硫化物穿梭效应而带来的活性物质不可逆损失、严重的自放电、较低的库仑效率以及较差的循环稳定性等一系列问题。该材料用于锂硫电池中能够明显提高电化学性能。

本发明的一方面提供了一种锂硫电池的复合屏蔽层，所述屏蔽层包括导电基质和聚合物，所述聚合物位于所述导电基质上。

在优选的实施方式中，所述聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、螺旋藻、聚乙烯亚胺、三聚氰胺、聚乙二胺、聚氧化乙烯、明胶、甲壳素和聚乙烯醇中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述导电基底包括碳纤维、碳纸、碳布、石墨烯膜、碳纳米管膜和金属泡沫中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述复合屏蔽层抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭。

本发明的另一方面提供了一种锂硫电池的复合屏蔽层的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：

制备聚合物溶液；

将所述聚合物溶液涂布在导电基质上。

在优选的实施方式中，所述聚合物包括海藻酸钠、壳聚糖、螺旋藻、聚乙烯亚胺、三聚氰胺、聚乙二胺、聚氧化乙烯、明胶、甲壳素和聚乙烯醇中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述导电基底包括碳纤维、碳纸、碳布、石墨烯膜、碳纳米管膜和金属泡沫中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述聚合物溶液涂布在导电基质上的涂布量以聚合物的质量计为：每克导电基质上涂布0.1～10mg聚合物；或者每平方厘米导电基质上涂布0.1～20mg聚合物。

在优选的实施方式中，将聚合物溶解于溶剂中得到所述聚合物溶液，所述溶剂包括去离子水、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中的至少一种。

在优选的实施方式中，所述聚合物溶液质量分数为0.01％-10％。

在优选的实施方式中，所述聚合物的溶解方式包括磁力搅拌、普通超声、细胞粉碎和超声中的至少一种。