[发明专利]锂硫电池的附加自组装层的羧基化隔膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池的附加自组装层的羧基化隔膜，所述隔膜是由普通电池隔膜经羧基化处理作为基底材料，在所述基地材料表面引入至少一层自组装层形成的阻隔层，所述自组装层成分是聚苯乙烯磺酸钠、极化的聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素钠。所述自组装层和隔膜上的羧基对硫正极在充放电过程中形成的多硫化锂中间体具有双重阻隔作用，而自组装层进一步可保护隔膜的稳定性。本发明的附加自组装层的羧基化隔膜可将电化学反应中活性物质硫限制在正极一侧，防止硫正极因循环过程中形成的多硫化锂中间体溶于电解液发生不可逆容量衰减，提高硫正极的循环性能。本发明还包括所述附加自组装层的羧基化隔膜的制备方法。

技术领域

本发明属于电化学电源领域，具体涉及一种锂硫电池的附加自组装层的羧基化隔膜及制备方法。

背景技术

随着微电子技术的迅速发展,极大地促进了移动通讯和计算机行业更新换代步伐的加快。电器元件被要求体积更小，功能更齐全,待机时间更长。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。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特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的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。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。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。

在锂硫电池放电过程中，反应的中间产物各类聚硫阴离子易溶于电解液内，在浓度差与电场双重作用下，聚硫阴离子会在电极之间来回反复，产生“穿梭效应”。此现象会显著地增加电解质离子的迁移阻力，并会在正负极沉积难溶的终产物过硫化锂和硫化锂，如此一来一方面会造成活性硫的损失，另一方面亦会对负极锂产生一定的腐蚀破坏，阻碍正极硫的进一步反应。总之，穿梭效应是拖累锂硫电池循环性能的最主要原因之一，因此要提高锂硫电池的性能，“穿梭效应”是必须克服的一个关键问题。因此有必要对现有的电池隔膜进行改性，以期解决锂硫电池的实用性问题。

目前，科研人员在改性隔膜制备方面进行了大量尝试，试图改善其在锂硫电池中的工作性能。如中国专利CN201310349552.9提供的在普通隔膜上负载多孔阻挡层，其主要是将微孔载体、介孔载体和大孔载体与粘接剂混合制浆，涂覆到普通电池隔膜上形成，其主要是通过阻挡层的孔径大小实现允许锂离子通过而对硫正极在充放电过程中形成的多硫化锂中间体进行阻挡和吸附。但，该方法需要预先制备符合要求的微孔载体、介孔载体和大孔载体，包括高温热解糖类化合物制备多孔碳、制备浆料和涂覆等过程，制备工艺步骤繁多，不利于产业化生产。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种锂硫电池的附加自组装层的羧基化隔膜，所述附加自组装层的羧基化隔膜可以允许锂离子通过，但对硫正极在充放电过程中形成的多硫化锂中间体具有阻隔作用，而可将活性物质硫限制在正极一侧，防止产生穿梭效应，提高电池的循环性能，延缓容量衰减。本发明还公开锂硫电池的附加自组装层的羧基化隔膜的制备方法，制备方法简单，原料易得，适宜大规模生产，具备实用性。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种锂硫电池的附加自组装层的羧基化隔膜，所述隔膜是由普通电池隔膜经羧基化处理作为基底材料，在所述基地材料表面引入至少一层自组装层形成的阻隔层，所述自组装层成分是聚苯乙烯磺酸钠、极化的聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素钠。

优选的，所述普通电池隔膜为聚丙烯隔膜或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜。