[发明专利]一种基于多层芳纶纳米纤维的锂硫电池隔膜的制备方法

说明书

一种基于多层芳纶纳米纤维的锂硫电池隔膜的制备方法，属于隔膜制备技术领域。本发明的目的是为了解决目前锂硫电池穿梭现象严重，锂枝晶的生长对电池存在安全隐患等问题，所述方法为：将芳纶纤维加入到密封的二甲基亚砜丝口瓶中，加入氢氧化钾，在室温的条件下，磁力搅拌反应2周；将芳纶纳米纤维溶液，滴加在长方形玻璃片上，旋转30s，同时浸润到去离子水中，待完全去除二甲基亚砜后，烘箱烘干，然后将隔膜浸泡在0.1wt％的PDDA溶液当中30s，取出后用冲洗多余的PDDA溶液，再用烘箱烘干，依次重复上述悬涂‑浸泡‑悬涂的操作即可。本发明制备的隔膜具有超强的力学性能(拉伸强度165MPa，拉伸模量：9.2GPa)可以有效抑制枝晶的生长，保证电池的安全使用。

技术领域

本发明属于隔膜制备技术领域，具体涉及一种基于多层芳纶纳米纤维的锂硫电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池被广泛应用在人们日常生活领域。随着社会发展，传统锂离子电池已经远不能满足人们对能源存储的需求。锂硫电池(Li-S)由于高的理论比容量和能量密度，以及硫的低成本和环境友好等优势被视为最有应用前景的高容量存储体系之一。然而，Li-S电池的商业化应用仍存在一些技术挑战，如固体硫化物的绝缘性，可溶性长链多硫化物的穿梭效应以及充放电期间硫的体积变化大等。这些问题通常导致硫的利用率低，循环寿命差，甚至一系列安全问题。如何大幅提高Li-S电池的实际能量密度和循环稳定性已成为当前研究的热点之一。

在使用过程中，聚硫化物(LPS，Li₂S_X，4≤x≤8)的扩散与穿梭是目前存在的最大问题。聚硫化物的穿梭使得锂硫电池的循环寿命大幅度缩短，并导致电池的自放电现象发生。另外，聚硫化物扩散到锂电极表面后，会与锂电极表面发生反应，导致电池的阻抗显著增加，从而导致能量损失，因此，目前大量的研究工作集中在如何解决锂硫电池聚硫化物的穿梭问题。隔膜是电池的重要组成之一，其作用是导通离子传输并防止电池短路。商业化PP隔膜，由于其孔径较大，多硫化物能够较容易地通过，因而不能有效地抑制多硫化物的扩散和穿梭。因此制备出可以“离子选择”的隔膜材料是目前解决该问题的最有效的方法与途径，既允许锂离子通过保证电池正常的使用，同时阻碍聚硫化物的穿梭，阻止其对电池影响。与此同时，在电池的使用过程中，锂枝晶的生长同样需要引起注意，这主要是由于枝晶会刺破电池的隔膜，使电池发生短路，同样会带来一些安全隐患问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前锂硫电池穿梭现象严重，锂枝晶的生长对电池存在安全隐患等问题，提供一种基于多层芳纶纳米纤维高效抑制聚硫化物穿梭的锂硫电池隔膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于多层芳纶纳米纤维的锂硫电池隔膜的制备方法，所述方法为：

步骤一：芳纶纳米纤维溶液的制备：

将芳纶纤维加入到密封的二甲基亚砜丝口瓶中，加入氢氧化钾，在室温的条件下，磁力搅拌反应2周，直到芳纶纤维全部溶解，溶液为深红色，即完成芳纶纳米纤维溶液的制备；

步骤二：多层芳纶纳米纤维隔膜的制备：

将步骤一得到的芳纶纳米纤维溶液，滴加在长方形玻璃片上，将长方形玻璃片以1500r/min的速度旋转30s，同时将长方形玻璃片浸润到去离子水中，放置1天，同时不断更换去离子水，直至把溶液中二甲基亚砜完全去除，待完全去除后，烘箱烘干，然后将隔膜浸泡在0.1wt％的PDDA溶液当中30s，取出后用去离子水冲洗表面多余的PDDA溶液，并再用烘箱烘干，依次重复上述悬涂-浸泡-悬涂的操作，即制备得到5层的隔膜。