[发明专利]一种锂硫电池隔膜及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了锂硫电池隔膜，其包括多孔骨架以及分散在所述多孔骨架内的纳米片，所述纳米片表面接枝阳离子交换基团，所述多孔骨架与所述纳米片的质量比为1:0.05‑1:4。所述多孔骨架为高分子树脂微多孔骨架，所述高分子树脂的分子量约为10万‑20万，所述纳米片为无机纳米片，所述无机纳米片的厚度约为0.05μm‑1.0μm的。本发明制备的一种锂硫电池隔膜在具备优异的阻止多硫穿梭的情况下，同样在限制枝晶生长上表现出优良的性能，采用该锂硫电池隔膜制备的锂硫电池的使用寿命及性能均表现优异。

技术领域

本发明涉及锂硫电池隔膜及其制备领域，尤其涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法、应用。

背景技术

在电池中,隔膜在避免正、负极短路、维持电极间离子通道外,还需具有特殊的功能，如阻止多硫化物的“穿梭效应”等，目前，关于多功能隔膜的研究也存在一些问题，例如利用功能涂层阻挡“多硫穿梭”，但是这种研究并仅仅是解决了“多硫穿梭”，然而，许多隔膜在限制“多硫穿梭”的过程中，同时也阻止了锂离子的通过，也就是降低了锂离子的通过性，进而影响了电池的放电性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种锂硫电池隔膜及其制备方法、应用，在具备良好的阻止“多硫穿梭”性能的同时兼具优良的锂离子透过性。

本发明采用的技术手段如下：

一种锂硫电池隔膜，所述隔膜包括多孔骨架以及分散在所述多孔骨架内的纳米片，所述纳米片表面接枝阳离子交换基团，所述多孔骨架与所述纳米片的质量比为1:0.05-1:4。采用纳米片与多孔骨架混合，是纳米片嵌在多孔骨架的孔隙内，类似一种在孔隙中增加阻拦结构，在多硫物质在孔隙内穿梭的时候，无机纳米片的阻拦结构能够将多硫物质拦截下来，层层拦截；在纳米片表面接枝阳离子交换基团能够能够让锂离子顺利通过而进一步阻止硫化物的穿梭，具备了优异的锂离子/多硫化物筛分选择性。

所述多孔骨架与所述纳米片的质量比为1:0.05-1:4，适宜的质量比使得多孔骨架内孔隙仍然具有良好的离子电导率的同时，在孔隙内形成合适大小的阻拦结构，由于多硫化物结构较锂离子微观结构要大，该阻拦结构能够拦截下多硫化物而允许锂离子透过，具备了筛分选择性。在纳米片上接枝的阳离子交换基团带有负电，带有正电的阳离子可以通过隔膜，而带有负电的阴离子由于被排斥而被阻止在隔膜外，不能通过隔膜，进一步增强了离子刷分的选择性。

优选的，所述多孔骨架为高分子树脂微多孔骨架，所述高分子树脂的分子量约为10万-20万，所述纳米片为无机纳米片，所述无机纳米片的厚度约为0.05μm-1.0μm。选用耐腐蚀、避免与锂离子或者硫离子可能发生反应的无机纳米片，就避免了纳米片阻硫功能的失效；无机纳米片的厚度满足高分子树脂微多孔骨架的孔隙的要求，不至于完全填满孔隙，也不会无法满足制备过程中对无机纳米片的强度要求。

优选的，所述高分子树脂微多孔骨架的分子结构中包括强极性基团，所述强极性基团包括含氮基团、含硫基团和含磷基团中的一种或者多种。其中的强极性集团中含氮基团、含硫基团和含磷基团均为正电基团，对拦截带有负电的多硫化物有积极作用，进一步增强隔膜的阻硫穿梭效应。

优选的，所述无机纳米片包括NaA沸石、MFI沸石、Y型沸石、MCM-41沸石和MCM-48沸石中的一种或者多种。

优选的，所述阳离子交换基团包括磺酸基团、羧酸基团。

优选的，所述纳米片还具有微孔、介孔或纳米孔结构。在纳米片上开设微孔、介孔或纳米孔结构，由于锂离子微观结构较小，能够通过微孔、介孔或纳米孔结构，而阻止微观结构较大的多硫化物，有效阻止硫穿梭的情况下，允许锂离子畅通，锂离子/多硫化物筛分选择上两种离子的传递速率之比大于10。