[发明专利]一种电池隔膜及其制备方法和锂硫电池

说明书

本发明提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。本发明提供的电池隔膜表面修饰有石墨烯，这种电池隔膜能够抑制多硫化锂在电池正负极之间的穿梭，并利用电池隔膜表面石墨烯的导电能力对溶解在电解液中的多硫化锂再次利用，从而提高了电池活性物质的利用率，进而提高锂硫电池的放电容量及循环寿命等性能，本发明采用石墨烯对电池隔膜进行修饰，石墨烯仅有单个或数个原子层厚，可以大大减少电池总质量的增加，从而避免电池能量密度的损失。本发明还提供了一种电池隔膜的制备方法和锂硫电池。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种电池隔膜及其制备方法和锂硫电池。

背景技术

随着便携式电子设备的迅速发展，特别是环境与能源问题驱动下的混合动力汽车及电力汽车的普及，传统的锂离子电池远远不能满足这些新型设备对可逆电池高能量密度的要求。锂硫电池具有很高的理论比容量(1672mAh/g)及能量密度(2600Wh/kg)，其活性物质硫具有资源丰富、价格低廉及环境友好等优点，是一种非常有应用前景的新型电池体系。

然而，锂硫电池充放电过程中形成的中间产物多硫化锂易溶于有机电解液，溶解的多硫化锂易通过电池隔膜扩散到负极，并与负极金属锂反应造成活性物质的损失。另外，溶解的多硫化锂在正负极之间穿梭，使锂硫电池发生自放电现象，放电产物Li₂S沉积在正负极表面，造成了电极的严重极化，降低了锂硫电池的充放电效率，大大降低了锂硫电池的容量及循环使用寿命。因此，要加快锂硫电池的发展与应用，必须要解决多硫化锂的溶解与扩散的问题，并实现对多硫化锂的再利用。

为了解决多硫化锂的溶解与扩散问题，现有技术通过采用多孔碳、中空碳球、金属氧化物及表面修饰的导电聚合物作为电池的正极材料，用于提高正极材料的导电性，限制单质硫的溶出，但是这种方法的效果并不理想。现有技术还提出了对电池隔膜进行修饰以改善多硫化锂的溶解与扩散，如通过刮刀涂膜法在电池隔膜上覆盖一层导电碳以阻止含硫物质在正极和电池隔膜的界面处累积，从而提高锂硫电池的电化学性能(EnergyEnviron.Sci.2014,7,3381-3390)；在正极与电池隔膜之间额外的添加一张处理过的碳纸，在一定程度上缓解了多硫化锂在正负极之间的穿梭(Phys.Chem.Chem.Phys.2013,15,2291-2297)。现有技术提供的这些方法有助于缓解多硫化锂的溶解与扩散的问题，提高锂硫电池的性能，但是这些方法大大降低了锂硫电池的能量密度，不利于锂硫电池的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电池隔膜及其制备方法和锂硫电池，本发明提供的电池隔膜能够抑制多硫化锂的溶解与扩散，提高锂硫电池性能，同时还能使锂硫电池保持较高的比容量。

本发明提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。

优选的，所述石墨烯附着在锂硫电池隔膜的一侧或两侧表面。

优选的，所述石墨烯为化学气相沉积法制备得到的石墨烯。

优选的，所述石墨烯为纯石墨烯也可以为氮、硼或硫掺杂的石墨烯。

优选的，所述石墨烯的附着层数为1层～10层。

本发明提供的电池隔膜表面修饰有石墨烯，这种电池隔膜能够抑制多硫化锂在电池正负极之间的穿梭，并利用电池隔膜表面石墨烯的导电能力对溶解在电解液中的多硫化锂再次利用，从而提高了电池活性物质的利用率，进而提高锂硫电池的放电容量及循环寿命等性能。本发明采用石墨烯对电池隔膜进行修饰，石墨烯仅有单个或数个原子层厚，可以大大减少电池总质量的增加，从而避免电池能量密度的损失。

本发明提供了一种上述技术方案所述的电池隔膜的制备方法，包括：

采用石墨烯转移法将石墨烯转移至锂硫电池隔膜表面，得到电池隔膜；所述石墨烯转移法包括膜转移法和热压转移法中的一种或几种。