[发明专利]一种锂硫二次电池用新型隔膜材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂硫二次电池隔膜材料技术领域，且公开了一种锂硫二次电池用新型隔膜材料及制备方法，包括：以苯乙烯、亚甲基双丙烯酰胺、甲苯和偶氮异丁腈、二氯乙烷和硫酸锂(Li₂SO₄)为主要原料，制备出硫酸锂型阳离子交换树脂；将制备的硫酸锂型阳离子交换树脂与高密度聚乙烯、增塑剂、稳定剂、润滑剂一起制成均匀混合粉，采用热压成型方法，制备出新型隔膜材料，即硫酸锂型阳离子交换树脂‑聚乙烯共混单层膜。本发明解决了目前锂硫二次电池在充放电过程中，溶解的多硫阴离子会通过隔膜在正负两极间来回扩散迁移，分别被还原和氧化，导致充电容量远高于放电容量，库伦效率变差，同时导致电池内部发热的技术问题。

技术领域

本发明涉及锂硫二次电池隔膜材料技术领域，具体为一种锂硫二次电池用新型隔膜材料及制备方法。

背景技术

目前电动汽车一次充电行驶里程不及传统油车的1/3，为了满足电动汽车技术、以及即将到来的智能汽车技术的发展需求，必须全面提升动力电池的性能。因此，研制具有更高比容量和更优电化学性能的新型正极材料成为发展下一代锂二次电池的关键。

锂硫电池是近几年来高容量锂离子电池研究的热点之一，与传统的锂离子电池氧化物电极材料(如LiCoO₂，LiFePO₄等)相比，硫正极在比容量、能量密度和功率密度等方面都具有独特的优势。理论上，锂与硫完全反应后生成LiS₂，可实现2个电子反应，且单质硫的原子量明显轻于目前商业化锂离子电池的嵌入化合物正极材料，其电极理论比容量可达1675mAh/g，以硫与金属锂构建的锂/硫二次电池体系的理论能量密度达2600Wh/kg。

硫正极的电化学反应包括多步骤氧化还原反应，同时伴随着硫化物的复杂相转移过程，放电时，固相单质硫S₈(s)首先发生溶解形成液相单质硫S₈(l)，然后硫键逐渐断裂被还原，然后按照反应方程式：S₈(l)+2e^-→S₈^2-、3S₈^2-+2e^-→4S₆^2-、2S₆^2-+2e^-→3S₄^2-、S₄^2-+2e^-→2S₆^2-、S₂^2-+2e^-→S^2-，逐步生成一系列可溶的中等长度链的聚硫阴离子(S_n^2-)，方程式：S₈(l)+2e^-→S₈^2-、3S₈^2-+2e^-→4S₆^2-、2S₆^2-+2e^-→3S₄^2-，表示液相单质S₈逐渐被还原成S_n^2-(4≤n≤8),它们易溶解在电解液中，如下述方程式所示：S₄^2-+2e^-→2S₆^2-、S₂^2-+2e^-→S^2-、S₂^2-+2Li⁺→Li₂S₂↓、S^2-+2Li⁺→Li₂S↓，随着放电深度的加深，长链聚硫离子进一步被还原，生成低价态的S₂^2-和S^2-，与锂离子发生结合，生成不可溶的终态产物Li₂S₂和Li₂S；而在充电过程中，则发生可逆的相反反应，放电产物Li₂S₂和Li₂S逐步被氧化成长链聚硫锂，最终被氧化为单质硫；锂硫电池具有两个典型的放电平台，一般情况下，高电压平台从2.45V降至2.1V，对应单质硫S₈经过一系列可溶聚硫阴离子，最后生成S₄^2-，低电压平台的电压维持在2.1V～1.7V，表明生成的S₄^2-被最终还原成Li₂S₂和Li₂S。