[发明专利]一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用，属于电池隔膜技术领域。本发明的锂硫电池隔膜，包括隔膜基膜及涂覆于基膜表面的功能层，所述功能层的组分包含功能性材料和助剂，其中功能性材料包括层状结构硫化物、导电碳材料和纳米纤维。采用本发明的技术方案能够有效抑制锂硫电池循环过程中多硫化锂引发的穿梭效应，提高锂硫电池的容量保持率、电子电导率及循环效果。

技术领域

本发明属于电池隔膜技术领域，更具体地说，涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

电化学储存系统是全球能源政策的基础，随着世界能源需求的不断增长以及环境问题的日益严峻，人们越来越关注能够满足能量需求的能源设备。目前商业化的锂离子电池(LIB)和铅酸电池在能源方面能够满足现阶段的需求，然而关于利用锂基电池作为电动汽车主要动力源的长期可行性具有较大的挑战。近年来，锂硫电池(LIS)的发展受到了行业研究者们的广泛关注。

由于锂硫电池系统中单质硫正极材料的理论比容量可以达到1672mAh/g，与金属锂组成电池时理论比能量可以达到2600Wh/kg，综合为锂离子电池理论比能量的3-5倍左右。除此之外，自然界中硫的储藏量较为丰富，成本低廉，在使用过程中很少产生对环境有害的物质，因此，锂硫电池系统凭借其高能量密度、安全性高、环保、成本低等优点而成为未来新能源行业极具潜力的电池系统。然而由于单质硫的绝缘性(室温电导率：5×10-30s/cm)，实际应用过程中通常需要加入大量导电剂，同时锂硫电池在充放电过程中会产生可溶于电解液的多硫化物聚离子，直接与负极金属锂生成多硫化锂，从而产生“穿梭效应”，严重导致硫利用率降低，同时锂负极的腐蚀会导致电池循环性能变差、库伦效率降低。

隔膜作为锂硫电池的重要组成成分之一，其发展也严重影响着锂硫电池的性能。目前广泛使用的商用聚烯烃隔膜很难抑制“穿梭效应”，导致充放电效率低。因此良好的锂硫电池隔膜不仅能够保证锂离子的正常传输，同时也能够阻挡多硫化物的穿梭，并且能够提供一定的导电性，从而最大发挥电极的容量。

目前，现有研究中通常是通过在隔膜基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2014104908006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，Cd_S，TaSe₂，TiSe₂，MoSe₂等。该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。

又如，申请人于2019年01月18日申请的申请号为2018112824388的申请案公开了一种锂硫电池及其隔膜和该隔膜的制备方法，该申请案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，该申请案通过对功能结构层的组分进行优化设计，尤其是优选MoS₂作为填充剂，并对多孔膜基材进行硅烷改性处理时，从而可以有效抑制多硫化锂的穿梭效应，提高电池效率。

但在隔膜表面涂覆该申请案的功能性涂层或现有其他功能性涂层时，所得隔膜的电子电导率及容量保持率仍有待进一步提高。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有锂硫电池易发生多硫化锂的“穿梭效应，且锂硫电池隔膜的电子电导率及容量保持率有待进一步提高的不足，提供了一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用。采用本发明的技术方案能够有效抑制锂硫电池循环过程中多硫化锂引发的穿梭效应，提高锂硫电池的容量保持率、电子电导率及循环效果。