[发明专利]功能性锂硫电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种功能性锂硫电池隔膜及其制备方法。所述的功能性锂硫电池隔膜，其特征在于，包括多孔细菌纤维素膜以及采用界面聚合的方法聚合在多孔细菌纤维素膜上的带有负电荷的聚酰胺膜。本发明方法是目前最为有效的微孔膜制备技术，具有工艺简单、生产效率高、工业生产易实施和成本低廉等特点。本发明所制备的该微孔膜为隔膜的锂硫电池可直接用于混合动力车中，并且这种方法为聚合物微孔膜在锂硫电池方面的制备和运用提供了新途径。运用该方法制备的新型功能性锂硫电池隔膜在锂硫电池电化学性能方面具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法，属于锂硫电池隔膜的技术领域。

背景技术

全球能源与环境问题日益严峻的情况下，开发高效、清洁、可再生新能源的任务变得十分迫切。单质硫发生氧化还原反应时得失双电子，其作为正极材料时理论比容量达到1672mAh g^-1，与金属锂组成的锂硫电池理论比能量高达2500Wh kg^-1。此外，单质硫在自然界储量丰富、价格便宜、环境友好，因而是目前最具潜力的新型储能材料之一，锂硫电池体系也被视为新一代的高能量密度电极材料体系。

然而，硫正极在充放电过程中产生的多硫化锂(Li₂S_x(x＝4～8))极易在电解液中溶解，并迁移扩散到负极与金属锂发生反应生成低级多硫化物(Li₂S_x(x＝1～2))，这些多硫化物在隔膜等死体积内产生不可逆沉积，周而复始造成正极活性物质的严重流失并形成惰性绝缘层(这一现象也称为“穿梭效应(shuttle effect)”)，致使锂硫电池的实际能量密度远低于其理论值，循环寿命也受到严重制约。

隔膜材料作为电池的关键组件之一，在电池中起着隔离正、负极直接接触，阻止电池内的电子传输而允许电解液离子自由通过的作用。隔膜性能的优劣在根本上决定了电池的界面结构与内阻，并直接影响着电池的容量、循环性能以及安全性能等特性。尤其在锂硫电池中，由于正极硫在充放电过程中逐渐被还原为可溶解的多硫化物，而多硫化物不可避免地溶出并扩散穿过隔膜，进一步还原的低级多硫化物在隔膜等死体积内产生的不可逆沉积极大地阻碍了电子、离子传输和进一步的电化学反应，从而导致锂硫电池的实际容量降低并发生快速衰减。可见，高性能锂硫电池隔膜的设计和研发有望解决多硫化物的溶解和扩散问题，从而有效抑制“穿梭效应”，有望显著提高锂硫电池的综合性能。

发明内容

针对以上背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型锂硫电池隔膜及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足材料发展的需要。

为了达到上述目的，本发明提供了一种功能性锂硫电池隔膜，其特征在于，包括多孔细菌纤维素膜以及采用界面聚合的方法聚合在多孔细菌纤维素膜上的带有负电荷的聚酰胺膜。

本发明还提供了上述的功能性锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

第一步：采用氢氧化钠溶液洗涤细菌纤维素膜，再用去离子水洗涤至中性，采用冷冻干燥的方法将细菌纤维素膜冻干得到多孔细菌纤维素膜；

第二步：采用界面聚合的方法，将多孔细菌纤维素膜浸泡在哌嗪水溶液中，取出，待表面水分挥发后，再将多孔膜浸泡在均苯三甲酰氯的有机溶液中，取出，热处理后，采用去离子水多次洗涤，以去除未反应的单体，最后在烘箱中烘干即得到功能性锂硫电池隔膜。

优选地，所述的哌嗪水溶液浓度为0.05-0.5wt％。

优选地，所述的均苯三甲酰氯的浓度为0.05-0.5wt％。

优选地，所述的烘干为采用真空烘箱在70-90℃下对所得纳米纤维膜进行干燥处理12-48h。

优选地，所述的有机溶剂为石油醚，正己烷，乙酸乙酯，二氯甲烷以及无水乙醚中的一种或几种。