[发明专利]一种新型锂硫电池三层复合隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型锂硫电池三层复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：将高分子聚合物，能溶解聚合物的溶剂混合后，熟化、搅拌，脱泡，得到均匀无泡铸膜液。将所得均匀无泡铸膜液浇注到商用锂离子电池隔膜表面，用刮刀刮制成湿膜，所得湿膜在空气中预蒸发后浸入混合凝固浴中，在混合凝固浴中交换后得到初成型隔膜，然后将所得到的初成型隔膜浸入非溶剂中交换，取出，晾干，得到两层复合隔膜。将表面修饰的纳米Si₃N₄颗粒、粘结剂、NMP在研钵中研磨，得到充分研磨的混合物。将所得充分研磨的混合物用刮刀刮涂在上述两层复合隔膜表面，得到三层复合隔膜。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池用隔膜的制备方法，属于锂硫电池材料领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展和人民生活水平的提高，人们对二次锂电池的发展提出了更高的需求，尤其在高性能电动车方面，极需拥有极高的储能和输能系统，锂硫电池是以金属锂作为负极，单质硫或含硫的复合材料作为正极，醚类有机物为电解液而组装成的电池，该体系电池具有高达2600Wh/kg的理论比能量，远远高于目前商业使用的锂离子二次电池。锂硫电池由于其高比能量、低成本和环境友好的特点被认为是极具潜力的下一代电动汽车和智能电网用储能电池，但同时具有可逆容量不高、循环和倍率性能不好的问题，这是由于硫元素低电导率和反应过程中多硫化物的穿梭效应所致。目前学术界对于锂硫电池的研究大多数集中于正极，主要是通过设计不同的纳米材料作为导电框架来实现对硫的包覆，从而抑制多硫化物的溶解和穿梭。隔膜作为电池的重要组织成部分之一，对电池的性能起到决定的作用，被称为电池的“第三电极”。目前常用的锂硫电池隔膜大都为传统的烯烃类隔膜，主要是指聚丙烯（PP）微孔膜、聚乙烯（PE）微孔膜。其厚度、强度、孔隙率难以兼顾，且其耐高温和耐大电流充放电性能差，应用到动力锂硫电池中存在巨大的安全隐患。同时，锂硫电池由于充放电反应过程的复杂性及电解液的多样性，传统的聚烯烃隔膜不能很好地抑制锂硫电池中间产物聚硫化物的扩散。因此，开发更高品质隔膜材料也成为改善锂硫电池整体性能重要方向之一。

发明内容

针对目前锂硫电池隔膜无法抑制穿梭效应的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型锂硫电池复合隔膜的制备方法，采用该方法制备的复合隔膜具有锂离子选择透过性功能，可以抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭效应，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，本发明提供了一种锂硫电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）表面修饰纳米Si₃N₄颗粒的制备：取一定量的纳米Si₃N₄粉末，巯基硅烷偶联剂，甲苯加入到三口烧瓶中，超声分散10-60min，将分散后的溶液在100-150℃下搅拌20-36h，然后将溶液在40-70℃下真空干燥10-20h，得到纳米颗粒，得到的纳米颗粒在45-55℃下用二氯甲烷在索氏提取器中进行索氏提取50-60h；提取后的纳米颗粒分散在质量分数为66.7%的双氧水中，在75-85℃下搅拌反应3-5h，抽滤，干燥，得到表面修饰的纳米Si₃N₄颗粒；

（2）铸膜液的配制：将高分子聚合物，能溶解聚合物的溶剂混合后，在60-80℃下熟化12-24h、搅拌24-36h，然后静置脱泡24-48h，静置时设置温度梯度降保温一段时间以充分脱泡，得到均匀无泡铸膜液；

（3）三层复合隔膜的制备：将商用锂离子电池隔膜平铺在光滑洁净的玻璃板上，将所得均匀无泡铸膜液浇注到商用锂离子电池隔膜表面，用刮刀刮制成湿膜，并控制湿膜厚度为30-50µm，所得湿膜在空气中预蒸发5s-30min后浸入混合凝固浴中，在混合凝固浴中交换1-10min后得到初成型隔膜，然后将所制备的初成型隔膜浸入去离子水中交换6-24h，取出，晾干，得到两层复合隔膜；