[发明专利]一种锂硫电池用改性隔膜及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种锂硫电池用改性隔膜及其制备工艺，所述改性隔膜包括基膜和设置于基膜表面的复合层，所述复合层掺杂有纳米金属氧化物和八硫化九钴。本发明通过在基膜上设置复合层，复合层由金属硫化物和金属氧化物制得，金属硫化物八硫化九钴在基膜表面阵列排布，由于金属硫化物具有多孔性和极性、金属氧化物具有吸附、催化性能，二者复合，利用金属硫化物的物理阻隔和化学吸附作用，充分发挥金属氧化物的催化作用，提高机械稳定性，有效防止多硫化物的穿梭，使得所制复合层抑制了穿梭效应，提高锂硫电池的库伦效率和循环寿命。

技术领域

本发明涉及电池隔膜技术领域，具体为一种锂硫电池用改性隔膜及其制备工艺。

背景技术

随着电子设备不断小型化以及移动通讯设备、便携式电子信息产品和电动汽车、储能电站的迅猛发展,传统的以过渡金属氧化物如钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2 O4)和镍酸锂(LiNiO2)为正极材料的锂离子电池已不能满足整体发展的需求,尤其不能满足高比容量、高能量密度的要求.因此研究出适应信息时代发展需要的高容量锂电池迫在眉睫.锂硫电池理论比容量近十倍于现在商用锂离子电池，并且硫的储量非常丰富，它的供应链也是非常安全稳定的。在现有技术中，由于锂硫电池用金属锂作负极,硫或硫复合材料作正极,在其充放电过程中,单质硫被还原成长链多硫化物Li2 Sx(4＜x＜8),溶解在电解液中会发生迁移,导致穿梭效应,之后单质硫继续被还原成短链多硫化物,最终生成绝缘且不可溶的Li2 S2/Li2 S,不溶的Li2 S2/Li2 S沉积在金属锂电极表面,直接导致活性物质损失,严重影响电池的库伦效率和循环寿命.最终因不均匀溶解和沉积产生的枝晶锂以及硫化锂形成过程中的体积膨胀都将导致放电容量的快速衰减.传统的隔膜主要由聚丙烯PP、聚乙烯PE或它们的复合材料PP/PE/PP制成,虽然这些膜的成本低廉、柔韧性高,但它们的亲液性差、离子电导率低且不能抑制多硫化物在电解液中溶解扩散。因此，我们提出一种锂硫电池用改性隔膜及其制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂硫电池用改性隔膜及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种锂硫电池用改性隔膜，所述改性隔膜包括基膜和设置于基膜表面的复合层，所述复合层掺杂有纳米金属氧化物和八硫化九钴。

进一步的，所述八硫化九钴由硝酸钴、二甲基咪唑、氯化硫反应制得。

进一步的，所述纳米金属氧化物为Al₂O₃、RuO₂、MnO、CeO₂、TiO₂中的一种或多种。

进一步的，所述基膜为单层或多层湿法隔膜。

在上述技术方案中，在利用湿法制膜的基膜上设置复合层，复合层由金属硫化物和纳米金属氧化物制得，且金属硫化物八硫化九钴在基膜表面阵列排布；

其中，金属硫化物具有多孔性和极性，可以通过物理-化学协同作用吸附多硫化锂。与普通隔膜相比，八硫化九钴阵列具有更大的比表面积，原位生长于基膜表面，具有较高的机械稳定性，八硫化九钴具有中空的结构，能够有效防止多硫化物的穿梭，通过物理阻隔和化学吸附双重作用，同时抑制多硫化锂穿梭效应。

纳米金属氧化物为纳米级尺寸，比表面积大，吸附性能良好，能够催化还原反应。纯金属氧化物改性隔膜所制电池，其放电容量较低，会导致电池能量密度偏低；将金属氧化物作为辅助材料与八硫化九钴阵列复合，能够利用其物理阻隔和化学吸附作用，同时充分发挥金属氧化物的催化作用，所制复合层抑制了穿梭效应，提高锂硫电池的库伦效率和循环寿命。

一种锂硫电池用改性隔膜的制备工艺，包括以下步骤：

(1)取硝酸钴和二甲基咪唑溶于溶剂，进行反应待反应结束，形成前驱体，加入粘结剂，制得前驱体浆料；

(2)取前驱体浆料涂覆于基膜表面，形成前驱体涂层，制得隔膜A；