[发明专利]一种锂硫电池隔膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池的隔膜材料，具体的，为一种金属有机框架材料其制备方法。所述方法包括：步骤1，制备ZIF‑8纳米粉体，步骤2，静电纺丝制备ZIF8/CNT复合纤维丝，步骤3，碳化得到空心多孔的ZIF8@CNTs。将所述空心多孔ZIF8@CNTs与导电炭黑、PVDF混合在NMP溶液中，研磨、涂覆于干净的隔膜上，烘干即得到锂硫电池的改性隔膜。不仅提高了隔膜材料的性能，克服了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显、锂硫电池的体积膨胀效应显著和电池的电化学性能不稳定等缺陷，而且简化了生产工艺，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及锂硫电池隔膜材料的制备方法，更具体地涉及一种金属有机框架材料作为隔膜材料的制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

随着社会生产力的进步与发展，能源已经成为影响社会发展的关键因素之一。由于传统化石燃料（煤、石油）的不可再生性，及其对环境的不友好（如温室效应，酸雨等），使得开发可再生绿色能源体系迫在眉睫。目前，风能、太阳能、潮汐能等新型绿色能源体系已经得到广泛应用，部分缓解了人类能源危机。而上述新型绿色能源体系的应用不可避免的涉及到能源存储问题，即需要大容量并且更为灵活轻便的储能方式。目前能源技术正面临着储能器件使用寿命低、储能能量密度低等难题。发展长寿命、低成本、大容量的储能器件对能源领域至关重要。

在众多储能技术里，锂离子电池因其高质量比能量和体积能量密度备受关注。自1991 年索尼公司首次提出研发成功商用锂离子电池以来，锂离子电池已经普遍应用于便携式电子设备上。但是锂离子电池的理论容量还远远不能满足当前市场需求，比如电动汽车用锂离子电池亟待满足其长距离行驶的需求。突破商用锂离子电池的容量极限是当前面临的一大技术难题。锂硫电池是锂电池的一种，它以硫元素作为电池的正极，金属锂作为负极，放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物。锂硫电池具有优异的高比能量，单质硫的理论比容量可达 1675 mAh•g^-1，其理论能量密度为 2600 Wh·kg^-1 ，而且，单质硫来源丰富、成本低廉、对环境友好、电池安全性高。因此，锂硫电池被认为是极具发展潜力的锂二次电池。但是，锂硫电池在实际充放电过程中，往往存在着循环性能差、库伦效率低等问题，造成些问题的主要原因就是严重的穿梭效应。电极在反应过程中产生的多硫化物 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于电解液中，从而导致阳极电解液中具有浓度差，在浓度梯度的作用下多硫化物穿过电池隔膜迁移到阳极。之后高聚态多硫化物与金属锂反应形成低聚态多硫化物。随着电极反应的进行，低聚态多硫化物逐渐聚集在阳极，最终低聚态多硫化物在两电极之间形成浓度差，又迁移到阴极被氧化成高聚态多硫化物。穿梭效应降低了硫电极活性物质的利用率。同时由于Li₂S 和 Li₂S₂不能溶解于电解液从而沉积在阳极表面，更进一步降低了锂硫电池的性能。由于硫与最终产物 Li₂S 的密度不同，硫阴极在电极反应前后会发生很大的体积变化，因此电极在多次循环过程中容易粉化，从而导致电池的损坏。

为了解决上诉问题，研究将电池的隔膜改性处理已被证明能够显着抑制多硫化物的穿梭效应，起到捕获多硫化物的作用，现有技术虽然在一定程度上改善了锂硫电池的性能，但普遍存在的缺点是：电池的电化学性能不稳定，比容量不够高，多硫化物的穿梭效应依旧明显，锂硫离子电池的体积膨胀显著，实验较复杂，操作难度大，生产成本高。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术存在的不足，提供一种金属有机框架材料作为锂硫电池的隔膜材料，及其制备方法。不仅提高了隔膜材料的性能，克服了现有技术制备的锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”明显、锂硫电池的体积膨胀效应显著和电池的电化学性能不稳定等缺陷，而且简化了生产工艺，降低了生产成本。

本发明采用的技术方案是：

一种锂硫电池隔膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：合成ZIF8粉体：