[发明专利]一种新型锂硫电池功能隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型锂硫电池功能隔膜的制备方法，包括以下步骤：将聚偏氟乙烯、导锂添加剂、造孔添加剂、能溶解聚合物的溶剂按质量比例混合、熟化、搅拌、静置脱泡后得到铸膜液；将铸膜液刮制成膜，放入混合凝固浴，然后浸泡在去离子水中形成初成膜；初成膜置于无水乙醇中浸泡，取出，放入正丁醇中浸泡，在空气中晾干；在相转化催化剂的作用下碱处理；所得膜进一步进行苯乙烯接枝，最终在浓硫酸溶液中进行磺化，得到含有磺酸基团的隔膜。本发明通过接枝磺酸基团制备锂硫电池隔膜，制备的隔膜能够显著提高电池的容量保持率和库伦效率；所得功能隔膜其表面与孔道内部均含有的大量磺酸根基团能够有效阻止飞梭效应，且具有良好的抗污染能力。

技术领域

本发明属于锂硫电池材料领域，特别是涉及一种湿法制备锂硫电池隔膜的方法。

背景技术

随着全球化石能源日益枯竭，20世纪以来电能成为了人类生活和科技发展的重要支撑，电能的储存随之成为当今最热门的话题之一。新能源汽车对电池的性能提出了越来越高的要求，开发出具有高比能量和环境友好的新型锂离子二次电池具有非常重要的意义。

目前锂电池受其理论比容量的限制无法进一步显著提高其能量密度，已远不能满足技术发展的需求；铅蓄电池以其工作电压平稳、使用温度范围广、循环性能好、价格低廉等特点，使其使用沿用至今一百多年仍然具有广泛的应用，但铅蓄电池的安全性和比能量小的缺点影响着电池的续航能力。锂硫电池因其具有较高的理论比容量和能量密度、环保性好、原料丰富的优点，目前被认为是最具开发和发展潜力的新型高性能电池之一。

锂硫电池具有很高的理论比容量（1675mAh/g）和理论比能量（2600Wh/kg），是传统锂离子电池中的钴酸锂等正极材料的五倍，硫作为正极活性物质具有无毒和自然界中储量大的特点。但是锂硫电池充放电过程中所生成的中间产物聚硫化物能够溶解于有机电解液中，并扩散至锂阴极表面发生反应沉淀，溶解的聚硫化物易发生穿梭效应，这些都会降低活性物质利用率、库伦效率及电池容量衰减快，严重阻挡了锂硫电池的商业化进程。

锂硫电池隔膜中，目前被广泛使用的是采用熔融拉伸法制备的微孔聚乙烯或聚丙烯膜，主要有聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜以及Celgard生产的多层复合隔膜。由于锂硫电池特殊的穿梭效应，传统锂离子电池隔膜很难阻止中间聚硫化物的穿梭，表现出极差的循环性能。因此开发新型锂硫电池功能隔膜是提高锂硫电池性能的关键之一。

本发明采用非溶剂致相分离法通过控制隔膜孔径大小和改性膜表面基团极性，制备具有锂离子选择透过性透过的功能隔膜，能够有效抑制穿梭效应的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型锂硫电池功能隔膜的制备方法，采用该方法制备的电池隔膜具有锂离子选择透过性功能，能够有效提高锂硫电池的循环性能和库伦效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种新型锂硫电池功能隔膜的制备方法，具体包括以下步骤：

基膜的制备：将聚偏氟乙烯（PVDF），导锂添加剂，造孔添加剂，聚合物溶剂按质量比1：（0.083-0.167）：（0.067-0.15）：（7.1-8.75）混合后，在70-90℃下熟化10-24h、搅拌24-36h，并在常温下静置脱泡24-48h后得到铸膜液；将铸膜液刮制成湿膜；湿膜在空气中预蒸发后，放入混合凝固浴中15-30min，然后浸泡在去离子水中形成初成膜；初成膜置于无水乙醇中浸泡8-24h，取出，放入正丁醇中浸泡8-24h，在空气中晾干，得到PVDF基膜；

配制1-1.5mol/L的NaOH溶液100ml，并向其中加入3-4mg/ml的相转移催化剂10ml；将制得的PVDF基膜置于此溶液中，在氮气保护下，将制备的PVDF基膜放入NaOH碱溶液中，40-60℃恒温水浴碱处理14-16min；