[发明专利]一种含氮化锂薄膜层的隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种含氮化锂薄膜层的隔膜及其制备方法和应用。制备方法包括：将隔膜本体放置于蒸镀设备的真空腔体内，在真空条件下以蒸发锂源对隔膜本体的一侧表面进行真空蒸镀锂，形成蒸镀锂层；真空蒸镀结束后，向真空腔体内通入高纯氮气，对蒸镀锂层进行氮化，在隔膜本体的表面原位生成氮化锂，得到含氮化锂薄膜层的隔膜。本发明在隔膜基体上原位生成了氮化锂薄膜,其中薄膜厚度可控、不易脱落、不含粘结剂，且氮化锂还具有较高的锂离子电导率，不影响锂离子的正常通过。在隔膜上原位生成的氮化锂薄膜可以作为阻挡层在锂硫电池中抑制多硫化物的穿梭效应，使得电池循环性能得以改善。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种含氮化锂薄膜层的隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池作为一种新型能源存储系统，其理论比容量(1675mAh g^-1)及能量密度(2600Wh kg^-1)远高于目前商业化的锂离子电池，从而引发了广泛关注。此外，硫具有价格低廉、自然储量丰富等众多优点，使得锂硫电池成为低成本且极具吸引力的储能技术，有利于减少化石燃料的使用，推动清洁能源和电动汽车等技术领域的发展。

但是，锂硫电池中存在“穿梭效应”，即中间产物多硫化锂Li₂S_x(x＝2～8)在电池正负极之间的来回迁移，消耗了正极的活性物质，同时降低了负极材料的反应活性，是导致锂硫电池循环性能差和库伦效率低的最主要原因。要想克服穿梭效应，则必须从电池隔膜入手，目前常用的锂硫电池隔膜为传统的聚丙烯隔膜/聚乙烯隔膜等非极性隔膜，尽管其具有较稳定的电化学性能和优异的机械强度，但其在电池充放电过程中无法阻挡多硫化物的穿梭，造成严重的容量损失。为提高Li-S电池隔膜性能，目前大家多采用隔膜涂覆的方法，此类方法虽然能够解决电池的穿梭效应，但是由于涂覆材料大多为高分子材料，离子传导率较差，无法适应于电池的高负载以及大电流，因此实际作用有限。

寻找一种能维持一定的机械性能，稳定、牢固地与普通隔膜接触，在电化学反应中不容易脱落，这对抑制电池的穿梭效应，有效改善锂硫电池性能具有重要意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种含氮化锂薄膜层的隔膜及其制备方法和应用。

第一方面，本发明实施例提供了一种含氮化锂薄膜层的隔膜的制备方法，包括：

将隔膜本体放置于蒸镀设备的真空腔体内，在真空条件下以蒸发锂源对隔膜本体的一侧表面进行真空蒸镀锂，形成蒸镀锂层；

真空蒸镀结束后，向真空腔体内通入高纯氮气，对所述蒸镀锂层进行氮化，在所述隔膜本体的表面原位生成氮化锂，得到含氮化锂薄膜层的隔膜；所述高纯氮气为纯度不低于99.999％的氮气。

优选的，所述隔膜本体具体为聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚乙烯/聚丙烯复合多孔膜中的任意一种，或者为聚酰亚胺隔膜、聚对苯二甲酸乙二酯基无纺布隔膜中的任意一种。

进一步优选的，所述隔膜本体的一侧或多侧表面预先经过包覆处理或涂覆处理。

优选的，所述蒸发锂时的真空条件为气压在10^-2Pa以下。

优选的，对所述蒸镀锂层进行氮化的时间为0.05小时-5小时。

优选的，所述蒸镀锂层的厚度为0.1um-5um。

第二方面，本发明实施例提供了一种应用第一方面所述的含氮化锂薄膜层的隔膜的制备方法制备的含氮化锂薄膜层的隔膜。

第三方面，本发明实施例提供了一种电池，包括上述第二方面所述的含氮化锂薄膜层的隔膜。

优选的，所述电池为锂硫电池。