[发明专利]一种聚酰亚胺树脂复合碳纳米管夹层的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺树脂复合碳纳米管夹层的制备方法，本发明属于储能装置技术领域，具体涉及聚酰亚胺树脂复合碳纳米管夹层制备技术领域，以解决锂硫电池夹层制备工艺复杂，吸附多硫化锂效果不明显和活性物质利用率低等问题，包括如下步骤：(1)溶解聚酰亚胺树脂粉末并于导电碳纳米管充分混合；(2)处理不锈钢基底；(3)将混合好的浆料涂布在不锈钢基底上；(4)利用固相析出分离析出法生成夹层薄膜；(5)去除夹层的水分；(6)压片处理后得夹层。构筑了良导电网络，具有强效吸附多硫化锂，抑制穿梭效应保护锂金属负极的效果，制备的锂硫电池夹层质量轻，没有明显降低整体器件的能量密度，在硫负载量大的情况下工作情况仍然良好。

技术领域

一种聚酰亚胺树脂复合碳纳米管夹层的制备方法，用于制备应用于锂硫电池的聚酰亚胺树脂复合碳纳米管夹层，本发明属于储能装置技术领域，具体涉及聚酰亚胺树脂复合碳纳米管夹层制备技术领域。

背景技术

随着社会发展和人口急剧增长，人们对能源方面的需求与日俱增。随着化石能源的不断枯竭，人类必须开发利用其他能源以确保未来的生存和发展，于是众多储能设备被不断开发出来以满足各行业的需要。近三四十年以来，锂电池由于其自身多种优点被全世界范围内广泛使用，占据着电池领域的主导地位，但锂离子电池材料越来越接近其理论容量，材料的成本也居高不下，因此寻找和开发新型的高效储能装置迫在眉睫。

锂硫电池是一种极高容量高能量密度的新型储能装置，最早于19世纪60年代被首次开发，其商业化是目前的研究热点。锂硫电池的负极是锂金属，正极活性物质是硫，它们分别具有3860mAh/g和1672mAh/g的理论容量，而目前锂离子电池商业上应用广泛的钴酸锂材料理论容量仅为274mAh/g。容量上的优势，加之材料方面具有来源广泛，低成本和环保等优点，使得锂硫电池成为锂离子电池之后的下一代高效储能装置最有潜力的候选之一。锂硫电池是基于锂金属(负极)的电镀和剥离，以及硫(正极)的化学转化来进行工作的。在锂硫电池放电过程中，负极的锂金属失去电子转变为锂离子，正极的硫得到电子并结合锂离子，根据放电程度的不同生成多种复杂的可溶性中间产物—多硫化锂(Li2Sx,其中2≤x≤8)和最终产物硫化锂Li2S，充电过程则为其逆反应。虽然锂硫电池具有很大的前景和价值，但目前阻碍锂硫电池实际应用的主要原因是电池在充放电循环过程中存在着容量衰减迅速，实际放电容量低等问题。尽管经过了几十年的研究，这些问题依然没有完全攻破，目前具有实用意义的锂硫电池只有大约200次的循环寿命，远不足商用锂离子电池，这大大阻碍了锂硫电池商业化的进程。

近些年来，不断有研究者对锂硫电池进行改良和优化，试图提高电极活性材料的导电性，减少可溶性的充放电中间产物溶解和扩散，抑制穿梭效应等等，有效地提高了锂硫电池的放电容量和延长循环寿命。在众多改善锂硫电池的方法中，使用合适的中间夹层是一种十分有效的方式。夹层可作为锂硫电池单独的部件，通常被用于吸收硫正极在充放电过程中产生的多硫化锂，避免溶解性的多硫化锂扩散到锂金属负极从而抑制了穿梭效应，同时夹层也可作为上层集流体，提高硫活性物质的利用率，从而提高实际放电容量。合适的夹层材料应该具有以下特性：

导电性良好。良好的导电性是夹层作为上层集流体和有效再利用多硫化锂的基础；

质量轻。在原来的电池配置中引入夹层会不可避免地在一定程度上降器件的能量密度，因此需要质量轻的材料作为制备夹层的原料。

对硫的放电产物Li2Sx(2≤x≤8)或Li2S具有一定的吸附性以“捕捉”溶解和扩散在电解液中的多硫化锂。