[发明专利]一种改性聚烯烃锂硫电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性聚烯烃锂硫电池隔膜及其制备方法，所述的隔膜是在具夹层结构的基膜层的一侧或两侧涂覆陶瓷层获得，所述的夹层结构的基膜层是在聚烯烃隔膜的夹层培养硫酸盐还原菌制备获得；所述的陶瓷层为硼酸改性二氧化硅层；该隔膜具有高吸液性和透气性，良好的阻燃性和耐热抗收缩性，还能有效地抑制锂硫电池循环过程中的多硫化物的“穿梭效应”；应用于锂硫电池，有效地提高了电池的充放电倍率循环性能、使用寿命和安全性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池材料领域，具体涉及一种改性聚烯烃锂硫电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂硫电池具有较高的理论比容量(1672mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)，且其活性物质硫具有资源丰富、价格低廉及环境友好等优点，作为一种具有良好应用前景的电池体系在新能源领域受到广泛关注。

隔膜是锂硫电池的重要组成部分，用于阻隔正负极，防止两极直接接触而发生短路。隔膜允许锂离子通过，并阻止电子流过，完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的传输；且隔膜在维持电池正常的能量交换，防止电池短路方面具有重要作用；隔膜决定了锂离子电池的界面结构、内阻、电池容量等，其性能可以影响电池的充放电循环性能、使用寿命和安全性能等。

目前，市面常用的隔膜为聚烯烃隔膜，由于聚烯烃材料本身疏液表面和低的表面能导致这类隔膜对电解液的浸润性较差，影响电池的循环寿命；聚烯烃隔膜的热变形温度比较低，温度过高时隔膜会发生严重的热收缩，而造成电池短路；另外聚烯烃隔膜应用于锂硫电池，常出现电池负极腐蚀现象，造成电池的循环衰减速度加快，电池循环性能变差；传统的聚烯烃隔膜不能满足锂硫电池的使用要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种改性聚烯烃锂硫电池隔膜，该隔膜是在具夹层结构的聚烯烃基膜的一侧或两侧涂覆硼酸改性二氧化硅制备获得；该隔膜具有高吸液性和透气性，良好的阻燃性和耐热抗收缩性，还能有效地抑制锂硫电池循环过程中的多硫化物的“穿梭效应”；应用于锂硫电池，有效地提高了电池的充放电倍率循环性能、使用寿命和安全性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种改性聚烯烃锂硫电池隔膜，所述的隔膜是在具夹层结构的基膜层的一侧或两侧涂覆陶瓷层获得，所述的夹层结构的基膜层是在聚烯烃隔膜的夹层培养硫酸盐还原菌制备获得；

优选地，所述的具夹层结构的基膜层的制备方法为：以表面具有凹凸结构的聚烯烃隔膜为基体，向聚烯烃隔膜表面流延硫酸盐还原菌富集培养液，将接种有菌种的聚烯烃隔膜置于密闭环境中发酵培养后，将表面培养过硫酸盐还原菌的聚烯烃隔膜复合压合后干燥灭菌获得具夹层结构的聚烯烃膜；所述的压合是将聚烯烃隔膜中含有硫酸盐还原菌一侧贴合压合；

优选地，所述的硫酸盐还原菌富集培养液的组成为1L去离子水中含10-12g硫酸亚铁铵、6-8g柠檬酸铁、20-30g瓜胶、15-20g聚乙二醇、10-12g半胱氨酸；硫酸盐还原菌的质量占培养液质量的8-10％；

优选地，所述的硫酸盐还原菌的培养温度为30-35℃；培养时间为5-6天；

优选地，所述的陶瓷层为硼酸改性二氧化硅；

优选地，所述硼酸改性二氧化硅的制备方法为：将二氧化硅粉体分散于乙醇溶液中，调节溶液的pH为8-9，向其中滴加氨基硅烷偶联剂，于40-70℃反应2-4h后，向其中添加硼酸的乙醇溶液，恒温搅拌反应4-5h后，经过滤、分离、洗涤干燥获得硼酸改性二氧化硅；

优选地，所述的二氧化硅、氨基硅烷偶联剂、硼酸的重量比为10∶2-4∶4-5；

进一步地，所述的隔膜的制备方法为：

1)制备具夹层结构的基膜：