[发明专利]以聚苯硫醚为基底的复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种以聚苯硫醚为基底的复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法，首先将PPS无纺布进行亲水改性，再进行热压，再将吡咯单体在亲水PPS无纺布纤维膜的纤维表面进行原位聚合反应生成聚吡咯，最后在PPS/PPY无纺布纤维膜的纤维表面生长ZIF纳米片，得到复合型锂硫电池隔膜材料。本发明制备的隔膜材料具有耐酸碱、耐高温以及对锂硫电池电解液具有良好润湿性，且具有大量致密的孔隙，无纺布纤维表面的聚吡咯和ZIF还具有大量的活性位点，为物理阻挡和化学吸附多硫化物发挥了重要作用，有利于抑制多硫化物的穿梭效应，可以作为锂硫电池隔膜。

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，具体是一种以聚苯硫醚为基底的复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池因其高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/Kg)而受到研究者的广泛关注。然而，锂硫电池在放电过程中会产生多硫化物，多硫化物会进一步溶解于电解液中并产生严重的穿梭效应，电池容量也会因此快速下降。因此，解决多硫化物的穿梭效应成为提高锂硫电池性能的主要手段。

锂硫电池目前已商业化的Celgard隔膜并不能起到很好的阻止多硫化物穿梭的作用，且锂硫电池在工作中会不自觉的产生热量导致电池温度升高，而商业Celgard隔膜在较热的环境中会发生皱缩，进而增加了电池短路的风险。同时，商业Celgard隔膜与锂硫电池电解液的润湿性也不尽人意。文献《J.R.He,Y.F.Chen,A.Manthiram,Vertical Co₉S₈hollow nanowall arrays grown on a Celgard separator as a multifunctionalpolysulfide barrier for high-performance Li-S batteries,EnergyEnvironmentalScience 11(9)(2018)2560-2568》中在商业Celgard隔膜上生长金属有机框架(MOF)，并以MOF为前体进一步合成Co₉S₈垂直空心纳米阵列来阻止多硫化物的穿梭，虽然电池性能在使用了复合Celgard隔膜后得到了明显的提升，多硫化物的穿梭效应也被抑制，但Celgard隔膜作为自支撑体不可避免会遇到热稳定性差，与电解液润湿性差等问题。因此，开发一种能够有效阻止多硫化物穿梭，且具有一定耐热性并与锂硫电池电解液具有良好润湿性的新型隔膜变得十分必要和紧迫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种以聚苯硫醚为基底的复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种以聚苯硫醚为基底的复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、将PPS无纺布进行亲水改性，直至PPS无纺布由漂浮状态变为沉浸状态；然后通过洗涤剂洗去PPS纤维表面的稀硝酸，再干燥去除洗涤剂，得到亲水PPS无纺布；

步骤2、将亲水PPS无纺布进行热压，得到亲水PPS无纺布纤维膜；

步骤3、将亲水PPS无纺布纤维膜浸泡在吡咯单体水溶液中至少4h，使吡咯单体充分附着于亲水PPS无纺布纤维膜的纤维上；再加入氯化铁溶液作为催化剂，吡咯单体在亲水PPS无纺布纤维膜的纤维表面进行原位聚合反应生成聚吡咯；亲水PPS无纺布纤维膜由黄色变为黑色，直至颜色不再变化，聚合反应结束；然后用洗涤剂洗去溶剂和未反应的吡咯单体，再干燥去除洗涤剂，得到PPS/PPY无纺布纤维膜；

步骤4、将PPS/PPY无纺布纤维膜浸泡在Co(NO₃)₂·6H₂O和2-甲基咪唑的混合溶液中静置至少8h，在PPS/PPY无纺布纤维膜的纤维表面生长ZIF纳米片；然后用洗涤剂洗去混合溶液和未附着的ZIF纳米片，再干燥去除洗涤剂，得到复合型锂硫电池隔膜材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：