[发明专利]一种锂硫电池二硫化钼隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，涉及一种锂硫电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂硫电池是一种以金属锂为负极，单质硫为正极的锂二次电池，其清洁环保，成本较低。在锂硫电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜（Celgard），如聚乙烯、聚丙烯或二者的共聚物。但由于锂电池具有潜在的爆炸危险性，隔膜的安全性相当重要。而无论聚乙烯、聚丙烯还是二者的共聚物，他们在接近熔点时材料均会因熔化而收缩变形，给动力电池的安全性带来潜在隐患。鉴于此，具有良好导热性能的氧化石墨烯（GO）作为热疏导功能体（张紫萍，刘秀军，万菊，李同起，胡子君.氧化石墨烯的制备及其掺杂的炭/炭复合材料导热性能研究.炭素技术.2011,5:（30）：2-4.）掺入到聚烯烃多孔膜中进行散热以保证动力电池的安全性。然而，广泛报道的氧化石墨烯/聚乙烯/聚丙烯（GO/Celgard）隔膜，其锂离子传导率较低，约为3.1×10^-2mS·cm^-1（Highly porous polyacrylonitrile/graphene oxide membrane separator exhibiting excellent anti-self-discharge feature for high-performance lithium–sulfur batteries，Carbon，2016，101,272-280；Suppressed Polysulfide Crossover in Li–S Batteries through a High-Flux Graphene Oxide Membrane Supported on a Sulfur Cathode，ACS Nano, 2016, 10 (8), pp 7768-7779；Rational Integration of Polypropylene/Graphene Oxide/Nafion as Ternary-Layered Separator to Retard the Shuttle of Polysulfides for Lithium–Sulfur Batteries,2016,12,381-389），因此电池循环寿命较短。另外，申请号为201110002330.0的中国发明专利提出了一种在聚烯烃表面涂布无机物的工艺，通过将一定粒径的氧化铝/氧化硅/氧化锆等涂布于隔膜表面，利用无机物的耐高温性能提高隔膜整体的耐温性。但无机物经涂布后会影响隔膜的透气性，进而减小电池容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高的锂离子传导性和耐温性能的MoS₂/Celgard隔膜，用于Li-S电池。

本发明的另一个目的是提供上述MoS_2/Celgard隔膜的制备方法，保证电池容量不受损失。

本发明实现上述目的所采用的技术方案原理如下：（1）二硫化钼二维材料是由六方晶系的单层或是多层二硫化钼组成的具有“三明治夹心”层状结构的化合物。其中单层二硫化钼是由三层原子构成：上下两层均由硫原子层组成，中间一层则为钼原子层。对于单层二硫化钼原子层来说，层内存在很强的共价键。分散在有机溶液中的二硫化钼纳米片层可以在溶剂的定向流动下组装成结构良好、有序的二硫化钼薄膜；二硫化钼薄膜具有很高的导锂性能，同时能够抑制多硫化物在正负极间的迁移，提高锂硫电池的循环寿命，且可利用二硫化钼的耐高温性能提高隔膜整体的耐温性；（2）通过真空抽滤方式使二硫化钼薄膜沉积在锂硫电池隔膜表层，二硫化钼薄膜表面漏斗孔径相对位置处在真空抽滤作用下厚度较小，可以起到很好的透气作用，不致于影响电池容量。

本发明的锂硫电池二硫化钼隔膜，是在锂硫电池隔膜表层沉积有二硫化钼薄膜，为了保证锂离子的传输性能，二硫化钼薄膜的厚度为220-300nm。

上述锂硫电池隔膜优选耐有机溶剂、高强度薄膜化的聚乙烯-聚丙烯微孔膜。