[发明专利]锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用；所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一侧或两侧表面上的涂层，所述涂层中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H⁺被Li⁺取代。本发明在隔膜表面涂覆了全氟磺酸聚合物和碳材料的复合物，其中全氟磺酸聚合物的H⁺被Li⁺取代，达到只允许Li⁺通过，阻断多硫化物通过的目的，同时碳材料能吸附溶于电解液中的多硫化物离子，还能够降低隔膜阻抗，全氟磺酸聚合物和碳材料两者的上述协同作用可有效抑制锂硫电池的多硫化物穿梭效应，大大提高锂硫电池的比容量和库伦效率。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

近几年，硫正极被广泛研究。硫正极理论比容量超过1600mAhg^-1,以金属锂为负极的锂硫电池，理论能量密度达2600Whkg^-1，是传统锂离子电池能量密度的5倍以上。然而，锂硫电池在应用中面临一些难题，主要在于锂硫电池充放电过程中生成的多硫化物易溶于电解液，从而产生穿梭效应，降低电池的库伦效率和循环寿命。针对这一问题，研究者们做了很多工作，主要可以概括为2类：1)单质硫复合到碳结构中，形成碳/硫复合结构，限制活性物质与电解液的直接接触；2)用氧化物、硫化物、金属-有机框架(MOF)等极性化合物作为正极材料，与多硫化物形成强的偶极-偶极相互作用，对多硫化物的溶解和扩散起到化学限制作用。虽然上述两种方法在一定程度上能缓解多硫化物的穿梭效应，但是成本过高，不利于产业化。

现有技术中，有人提出在隔膜上涂覆聚合物涂层，通过涂层抑制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池的比容量和库伦效率。但是，涂层材料的选择至关重要，不恰当的涂层材料对提高锂硫电池的比容量和库伦效率作用有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用，能够有效抑制多硫化物的穿梭效应，大大提高锂硫电池的比容量和库伦效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种锂硫电池改性隔膜，所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一侧或两侧表面上的涂层，所述涂层中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H⁺被Li⁺取代。

作为优选的技术方案，所述全氟磺酸聚合物为Nafion。

作为优选的技术方案，所述碳材料为导电炭黑、中间相炭微球、导电石墨、科琴黑和乙炔黑中的一种或几种。

作为优选的技术方案，所述涂层中全氟磺酸聚合物与碳材料的质量比为4:6-8:2。

作为优选的技术方案，所述涂层中全氟磺酸聚合物与碳材料的质量比为7:3。

作为优选的技术方案，所述隔膜为聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜或玻璃纤维滤纸。

作为优选的技术方案，所述隔膜为Celgard隔膜。

作为优选的技术方案，所述涂层厚度为20-60μm。

本发明还公开了一种锂硫电池改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将全氟磺酸聚合物和碳材料在溶液中混合，制成浆料；

(2)将步骤(1)得到的浆料涂覆在隔膜一侧或两侧表面上，然后干燥；

(3)将步骤(2)得到的涂覆隔膜浸泡在含锂盐的溶液中进行离子交换，得到改性隔膜。

本发明还公开了所述锂硫电池改性隔膜在锂硫电池中的应用。

本发明的有益效果在于：