[发明专利]一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用，所述隔膜包含隔膜基底以及附着在隔膜基底表面的功能层，所述功能层包含聚丙烯腈和二氧化钛‑镍钴双金属氢氧化物复合材料。制备方法具体为：(a)将镍盐和钴盐溶于水中，再加入二氧化钛进行分散，得到混合溶液，加热并搅拌混合溶液，后向混合溶液中加入氢氧化锂得到反应液进行反应，反应结束后得到二氧化钛‑镍钴双金属氢氧化物复合材料前驱体；(b)将二氧化钛‑镍钴双金属氢氧化物复合材料前驱体进行干燥，后与聚丙烯腈溶液分散混合得到纺丝液，再用纺丝液在隔膜基底表面静电纺丝功能层，得到锂硫电池隔膜。与现有技术相比，本发明有效地提高了锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及材料学领域，具体涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源电力动力汽车逐步进入我们的生活当中，人们对于电子产品的依赖也越来越重。由于电子产品的长时间安全使用的要求日益严格，研究人员便将电池的高容量和长循环性能的稳定性放在了研究的首位。其中，锂硫电池在放电过程中，会出现可溶性多硫化物穿梭在硫阴极与金属锂阳极之间的现象，这种现象被称作“穿梭效应”，会导致锂硫电池表现出活性物质不可逆损耗、自放电严重、库仑效率低、循环稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用，该隔膜有效地提高了锂硫电池的电化学性能，克服了锂硫电池活性物质不可逆损耗、自放电严重、库仑效率低、循环稳定性差等缺点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种锂硫电池隔膜，所述隔膜包含隔膜基底以及附着在隔膜基底表面的功能层，所述功能层包含聚丙烯腈和二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料。其中，聚丙烯腈为丝状，二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料均匀附着在聚丙烯腈上或被包裹在聚丙烯腈中。隔膜基底采用商业隔膜，购自杭州创为橡塑科技有限公司，隔膜型号为ND1637。功能层的厚度为7～10um，二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料的粒径为400～500nm，其中二氧化钛的粒径为25～50nm，镍钴双金属氢氧化物的粒径为350～500nm。

优选地，所述二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料中，钛原子的掺杂量为4～5wt％。

优选地，所述二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料中，镍原子的掺杂量为3～5wt％。

优选地，所述二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料中，钴原子的掺杂量为3～5wt％。

一种锂硫电池隔膜的制备方法，所述制备方法具体包含以下步骤：

(a)将镍盐和钴盐溶于水中，再加入二氧化钛进行分散，得到混合溶液，加热并搅拌混合溶液，后向混合溶液中加入氢氧化锂得到反应液进行反应，反应结束后得到二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料前驱体；

(b)将步骤(a)得到的二氧化钛-镍钴双金属氢氧化物复合材料前驱体进行干燥，后分散在聚丙烯腈溶液中得到纺丝液，再用纺丝液在隔膜基底表面静电纺丝功能层，后保温，得到所述的锂硫电池隔膜。

优选地，步骤(a)中，所述的镍盐为六水硝酸镍，所述的钴盐为六水合硝酸钴。六水硝酸镍、六水合硝酸钴和二氧化钛的摩尔比为1:1:3。

优选地，步骤(a)中，采用超声进行分散，超声的功率为400～600W，超声的时间为2～4h。进一步优选地，超声的功率为500W，超声的时间为3h。

优选地，步骤(a)中，氢氧化锂来自氢氧化锂溶液，氢氧化锂溶液中氢氧化锂的浓度为1M。

优选地，步骤(a)中，加热的温度为35～45℃，加热的时间为3～5h，搅拌的时间为3～5h，搅拌的转速为400～600r/min。进一步优选地，加热的温度为40℃，加热的时间为4h，搅拌的时间为4h，搅拌的转速为500r/min。