[发明专利]一种红磷修饰的复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种红磷修饰的复合隔膜，属于锂硫电池技术领域，包括基底隔膜和负载在所述基底隔膜一侧表面的混合涂层，所述混合涂层中包括纳米红磷颗粒与导电碳；所述基底隔膜为PP、PE隔膜中的一种；所述纳米红磷颗粒与导电碳的混合涂层的厚度为5～30μm，所述的纳米红磷颗粒与导电碳的混合涂层中纳米红磷颗粒与导电碳的质量比为0.05～1：1；所述纳米红磷颗粒粒径为50～100nm。本发明中，纳米红磷颗粒能够有效的吸附多硫化物，很好地抑制飞梭效应，将导电碳引入复合隔膜中，能为纳米红磷颗粒纳米粒子提供导电网络，且利用被纳米红磷颗粒吸附的多硫化物，从而提高硫的利用率；隔膜修饰使用超低成本的纳米红磷颗粒作为原材料，便于大规模制备。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，特别涉及一种红磷修饰的复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池具有高能量密度(2600Wh/kg)、高比容量(1675mAh/g)和低成本等优点，被认为是很有发展前景的下一代电池的候选者。但是低的活性物质利用率和短的循环寿命等缺点，严重制约着锂硫电池的实际应用。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：(1)硫及其硫的放电产物硫化锂是电子和离子绝缘体；(2)放电中间产物多硫化锂溶解在电解液中，多硫化锂在锂硫电池体系中自由扩散，能够与金属锂负极发生反应，产生飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率；(3)硫在硫化锂之间的转化伴随着80％的体积变化，容易导致电极与极片的脱落导致差的循环稳定性，同时引起锂硫电池的安全问题。上述不足制约着锂硫电池的发展，其中抑制飞梭效应是目前锂硫电池研究需要解决的最关键的问题。

最近几年，大量的方法用来抑制多硫化物的飞梭效应，具体方法包括在隔膜靠近正极侧涂覆一层碳材料以改性传统的聚烯烃隔膜，利用碳层的导电性和物理阻碍多硫化锂的作用，大大提升正极硫的利用效率和电池的循环性；但是，碳材料仅仅存在物理阻碍作用，对多硫化物的束缚作用有限，于是有研究者在传统隔膜上涂覆金属氧化物修饰的介孔碳材料或杂元素掺杂的介孔碳等，利用对多硫化锂的化学吸附作用增强了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。但是，这些金属氧化物往往需要复杂的合成工艺，致使锂硫电池的成本增加。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种红磷修饰的复合隔膜及其制备方法和用途，本发明提供的红磷修饰复合隔膜，能够有效缓解飞梭效应，提高锂硫电池的循环稳定性和使用寿命，且具有非常低的成本。

本发明提供了一种红磷修饰的复合隔膜，包括锂离子电池用基底隔膜和其一侧表面的纳米红磷颗粒与导电碳的混合涂层；

所述纳米红磷颗粒与导电碳的混合涂层的厚度为5～30μm，纳米红磷颗粒与导电碳的质量比为0.05～1：1；

所述纳米红磷颗粒的粒径为50～2000nm。

优选地，所述导电碳包括石墨烯、碳纳米管、乙炔黑和多孔碳中的一种或几种。

本发明还提供了上述复合隔膜的制备方法，包括以下制备步骤：

将纳米红磷颗粒、导电碳、粘合剂和溶剂混合，得到悬浮液，所述纳米红磷颗粒的粒径为50～2000nm，所述纳米红磷颗粒与导电碳的质量比为0.05～1：1；

将所述悬浮液涂覆在锂离子电池用基底隔膜的一侧表面，烘干后，得到红磷修饰的复合隔膜，所述涂覆厚度为5～30μm。

优选地，所述溶剂包括去离子水、N-甲基吡咯烷酮、异丙醇和二甲酸中的一种或几种。

优选地，所述粘合剂包括SBR、CMC和PVDF中的一种或几种。

优选地，所述粘合剂的质量为纳米红磷颗粒和导电碳总质量的0.1～1倍。

优选地，所述悬浮液的固含量为25％～75％。

优选地，所述烘干温度为40～100℃，所述烘干时间为0.1～48小时。