[发明专利]一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。本发明提供的用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。本发明通过将低熔点金属注入到多孔碳材料中，不仅使多孔碳材料具有高电导率，能够有效的传输锂离子，还能够缓解飞梭效应，有效提升电池的综合电化学性能，提高锂硫电池的循环稳定性和使用寿命。且制备工艺操作简单，通过采用简单的湿法涂布，即可制备出具有高电学性能的复合隔膜材料，适用于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其涉及一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法。

背景技术

锂硫电池最近几年被广泛关注。因为它们自身具有低成本、高能量密度等优势，被认为是下一代能源储存装置的重要候选者。但是低的倍率性能，差的循环稳定性一直制约它进一步的应用。这些问题主要是由于：(1)硫低的电子电导率；(2)充放电过程中产生的多硫化锂溶解在电解液中，产生的飞梭效应；(3)金属锂负极循环稳定性差。其中，飞梭效应是锂硫电池中最棘手也是最重要的问题。

目前为止，已有各种方式被用来解决锂硫电池中的飞梭效应。其中，简单有效的方式是在传统的隔膜表面涂覆一层多孔碳材料。这种碳材料具有两方面作用：(1)物理阻碍多硫化锂的自由扩散，在一定程度上改善电池的循环稳定性；(2)作为硫正极的上层集流体，将捕获的多硫化锂重新再利用，提高硫的利用率。但是，多孔碳材料中的孔径较大，不能有效的阻碍多硫化物扩散到负极一侧，导致锂硫电池循环稳定性差，使用寿命短。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法。本发明提供的低熔点金属修饰复合隔膜，能够阻碍多硫化物的自由扩散，提高锂离子的传输，有效缓解飞梭效应，提高锂硫电池循环稳定性和使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。

优选地，所述低熔点金属多孔碳复合材料的厚度为1～30μm。

优选地，所述低熔点金属多孔碳复合材料中低熔点金属与多孔碳材料的质量比为0.05～1：1。

优选地，所述低熔点金属包括锡粉、锌粉和铝粉中的一种或多种。

本发明还提供了上述技术方案所述用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

将低熔点金属与多孔碳材料混合后在保护气体中加热，得到低熔点金属/多孔碳材料混合物；

将所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后，涂布在基底隔膜上，得到用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜。

优选地，所述低熔点金属/多孔碳材料混合物和粘合剂的质量比为1：0.1～1。

优选地，所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后所得浆料的固含量为25％～75％。

优选地，所述加热的升温速率为1～15℃/min。

优选地，所述加热的终温为200～1000℃。

优选地，所述终温的保温时间为1～48h。