[发明专利]一种锂硫电池用修饰隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池用修饰隔膜及其制备方法，所述的修饰涂层由废旧石墨、导电剂和粘结剂组成，所述废旧石墨、导电剂和粘结剂的质量比为5～9:0.5～4.5:0.5，所述的废旧石墨为容量保持率为60～80％的电动汽车叠片式动力电池负极拆分所得，具体为将容量保持率60～80％的废旧动力电池放电至开路电压为0V，去除负极片上的粘结剂、铜箔和炭黑，得到废旧石墨。本发明利用废旧石墨充放电过程中表面生成的官能团，以及正极侧析出后沉积在负极测的金属物质来通过化学吸附作用及催化作用来束缚并转化多硫化物，不仅可有效提升锂硫电池的可逆容量、循环稳定性，还可有效改善其倍率性能。

技术领域

本发明属于锂电池材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池用修饰隔膜及其制备方法。

背景技术

根据中国汽车技术研究中心的预计，到2020年前后，我国仅纯电动(含插电式)乘用车和混合动力乘用车动力电池累计报废量将达到12至17万吨的规模，大量废弃的电池造成了资源、能源浪费和环境污染。石墨是当前锂离子电池的主要负极材料，分为改性天然石墨和人造天然石墨两种。不管改性天然石墨还是人造天然石墨，制备过程都要经过1500～2800℃以上温度的石墨化过程，设备要求苛刻，能耗大。但废旧石墨负极中石墨含量都在80％以上，远远高过石墨矿的品位(2.3％～34.5％)，也不用经过2800度的石墨化过程。对废旧电池中的石墨负极进行利用可以节约石墨生产过程中的大量能耗，降低成本、保护环境。

在电池服役过程中，随着电池充放电的进行，由于锂离子的溶剂化效应、电极-电解液副反应等因素，导致石墨层剥离，结构被破坏，最终造成材料失活，最终使电池报废。现有对废旧电池电极材料的回收利用多是集中在正极材料回收，对废旧石墨负极的研究还比较缺乏。

锂硫电池具有能量密度高，成本低等优势，但多硫化物的穿梭效应致使其循环寿命严重衰减。目前，很多研究者提出利用石墨炔、石墨烯、碳纳米管等材料来修饰锂硫隔膜，但该类碳材料成本较高，且改性机理主要是借助石墨炔、石墨烯、碳纳米管较大的比表面积和导电性通过物理吸附多硫化物以及增强导电性来提升锂硫电池性能，改性效果有限。也有研究工作者提出采用MXene、纳米金属氧化物、ZIF、富氮分子、聚多巴胺等修饰隔膜，利用材料的化学极性及较大的比表面积来通过化学作用吸附多硫化物并催化其分解，但上述工作一个是所用原料合成复杂成本高，另外一个是材料多为平衡态物质，材料极性有限，改性效果不佳。

发明内容

本发明旨在将废旧动力电池里的石墨负极材料用于锂硫电池隔膜修饰，利用化学吸附作用来改善锂硫电池循环性能。利用废旧石墨充放电过程中表面生成的官能团，以及正极侧析出后沉积在负极测的金属物质来通过化学吸附作用及催化作用来束缚并转化多硫化物，不仅可有效提升锂硫电池的可逆容量、循环稳定性，还可有效改善其倍率性能。

为了达到上述技术效果，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种锂硫电池用修饰隔膜，包括隔膜本体和修饰涂层，所述的修饰涂层由废旧石墨、导电剂和粘结剂组成，所述废旧石墨、导电剂和粘结剂的质量比为5～9:0.5～4.5:0.5，所述的废旧石墨为电容量保持率为60～80％的电动汽车叠片式动力电池负极拆分所得。

优选的，所述的废旧石墨、导电剂和粘结剂的质量比为8.5:1:0.5和6:3.5:0.5。

优选的，所述的隔膜本体选自聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺隔膜。

优选的，所述的导电剂选自导电炭黑(乙炔黑、科琴黑、导电炭黑BP2000)、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氮掺杂石墨烯中的一种或几种。

优选的，所述的粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇、聚四氟乙烯(PTFE)、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。

优选的，所述的废旧石墨通过以下方法得到：将容量保持率60～80％的废旧动力电池放电至开路电压为0V，去除负极片上的粘结剂、铜箔和炭黑，得到废旧石墨。