[发明专利]一种改性隔膜材料、改性隔膜和锂硫扣式电池

说明书

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种改性隔膜材料、改性隔膜和锂硫扣式电池。本发明公开了一种一种改性隔膜材料，该改性隔膜材料由2D有机分子和碳材料复合而成。该改性隔膜材料中的碳材料有利于电子、离子电导，还可以起到物理限域减缓硫在充放电过程中的流失；改性隔膜材料中的2D有机分子在能够吸附聚硫化物防止其穿梭，同时能够催化多硫化物转化成不溶性的Li₂S增加反应动力学。本发明改性隔膜材料中的碳材料和2D有机分子协同作用，使得电池具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种改性隔膜材料、改性隔膜和锂硫扣式电池。

背景技术

随着人类社会的不断发展，便携式电子设备、混合动力汽车等得到了广泛的应用，因此对先进储能装置提出了更高的要求。传统的锂离子电池比容量较低，严重限制了其在先进能源存储器件中的使用，发展高比能量密度二次电池是新能源领域的迫切任务。锂硫电池具有较高的理论比容量和能量密度，极具应用前景。

锂硫电池中，硫具有地球储量丰富，低毒和价格低廉等优点，同时能够产生1675mAh g^-1的比容量和2600Whk g^-1的比能量密度，这些都使得硫成为一种极具应用潜力和商业价值的高容量电极材料。然而锂硫电池在实际应用中存在着聚硫化物的穿梭效应、活性物质的粉化等问题。目前，科研工作者主要将硫荷载在各种碳基体上或者添加碳基阻挡层，以此来抑制聚硫化物的穿梭效应，从而延长电池的循环寿命。

但是上述利用碳基体负载硫的方法仅仅在物理上对硫以及多硫化物起到一定的限域作用，多硫化物不可避免地溶于电解液中，最终导致大部分的硫的流失，使得电池的循环性能和倍率性能变差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种改性隔膜材料、改性隔膜和锂硫扣式电池，该改性隔膜材料可以将易溶性的高价态多硫化物快速转化成最终产物Li₂S，从而有效地减少多硫化物以及活性硫的流失，增加锂硫电池的反应动力学，提高电池的循环性能和倍率性能。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种改性隔膜材料，包括碳材料以及与所述碳材料复合的2D有机分子。

本发明中，所述改性隔膜材料中，所述碳材料与所述2D有机分子的质量比为(50～80)：(0.2～3.5)。

本发明中，所述碳材料为钴氮多孔碳(HC)、导电炭黑、Super P和/或CNT；

所述2D有机分子为鹅去氧胆酸(CA)、中-四(4-羧基苯基)卟吩(TTBA)、氯化小檗碱水合物(BCH)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)中的一种或两种以上。本发明中，PDDA的形态为液体。

本发明还提供了一种改性隔膜，包括隔膜和粘附在所述隔膜表面的上述改性隔膜材料。

本发明还提供了一种改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将粘结剂、溶剂、2D有机分子和碳材料混合，得到混合物；

步骤2：将混合物真空抽滤在隔膜上，干燥后得到改性隔膜。

本发明中，所述改性隔膜表面的改性隔膜材料中2D有机分子和碳材料通过物理混合使2D有机分子分布在碳材料周围。

本发明步骤1中，所述溶剂选自无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮和氮氮二甲基甲酰胺中的一种或两种以上，优选为无水乙醇和N-甲基吡咯烷酮；

本发明步骤1具体为：将粘结剂分散在N-甲基吡咯烷酮中，使粘结剂完全溶解，然后再加入无水乙醇、2D有机分子和碳材料，使2D有机分子和碳材料分散；

所述粘结剂为聚偏氟乙烯、La133型粘结剂或海藻酸钠；