[发明专利]一种基于聚醚醚酮多孔隔膜的锂硫电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于聚醚醚酮多孔隔膜的锂硫电池及其制备方法。采用双组份稀释剂的热致相分离法制备聚醚醚酮多孔隔膜，通过大分子稀释剂、小分子稀释剂与聚醚醚酮树脂进行熔融共混，淬冷粉碎成粉末后，通过热压延成膜，最后用萃取溶剂洗除稀释剂后得到聚醚醚酮多孔隔膜。本发明制备聚醚醚酮隔膜的方法过程简单、经济低廉、易于大批量生产，制备的聚醚醚酮隔膜孔径均一，孔隙率、厚度可控。同时制备的聚醚醚酮隔膜具有耐高温、高机械强度及优异的电解液浸润性等特点，基于该聚醚醚酮多孔隔膜发展的锂硫电池具有高安全性和高电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及到一种基于聚醚醚酮多孔隔膜的制备及其在高性能锂硫电池中的应用。

背景技术

随着新能源领域的快速发展，人们对二次电池的能量密度和安全性能都提出了新的要求，尤其是在高性能电动车方面，急需更高的储能系统。锂硫电池具有极高的理论比容量(1675mAh g^-1)，理论能量密度能到达2600Wh kg^-1，此外单质硫储量丰富、价格便宜、低毒且环境友好，理由与减少电池成本以及避免环境污染，因此被认为最有希望实现产业化价值的电池体系。传统意义上的锂硫电池包括正极、负极、电解液及隔膜。对锂硫电池而言，稳定且快速充放电的能力以及安全性能十分重要，这不仅要求隔膜具有优异的电解液浸润性保证电化学反应的进行，同时要求隔膜具有良好的热稳定性和机械强度以保证电池工作过程中的安全。因此开发成本低、性能高且安全性好的锂硫电池隔膜，是降低锂硫电池成本、提升电池电化学和安全性能的重要途径。

锂硫电池隔膜应具备孔隙率高、化学和电化学稳定性好、机械性能优异、热稳定性好等基本性能。目前商业化的聚烯烃隔膜(聚乙烯、聚丙烯)热稳定性较差导致电池存在安全隐患；同时其工艺上采用双向拉伸或湿法生产导致其孔隙率不够高、孔径不够均匀，这对充放电过程中电化学反应影响很大，严重时容易引发锂枝晶的生长；此外聚烯烃隔膜因此非极性而对电解液浸润性较差，从而影响电池的电化学性能。针对现有隔膜性能的不足，目前最为广泛的做法是在聚烯烃基体隔膜上涂覆陶瓷层，这在一定程度上能提升隔膜的浸润性和安全性，但实际上是非常有限的，因为陶瓷只是很薄的一层涂覆在聚烯烃隔膜上，对隔膜的耐温性能及机械性能的提升不明显；甚至在温度较高时，陶瓷很容易从聚烯烃基体上脱落，进而影响电池的电性能。因此从隔膜基体上选择安全性更高、对电解液浸润性更好的高分子材料是解决电池安全和电性能的最佳选择之一。目前，聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、纤维素、芳纶等相关高分子材料在锂电池隔膜中的应用相继有报道，其具有更好地耐温性能，同时主链上均有足够多的极性官能团，因而具有更好的电解液浸润性，故在提升锂电池的电性能和安全性能中有明显效果。

聚醚醚酮作为特种工程塑料，具有极高的耐温性(熔点343℃)、机械强度和阻燃性，此外其主链上有大量的C—O、C＝O极性键，被认为在锂硫电池隔膜中有重要应用。但由于聚醚醚酮属半晶型高分子，几乎不溶于任何溶剂，因此大大的阻碍了聚醚醚酮在锂电池隔膜中的应用。中国发明专利公开号CN108134032A中公布了一种制备非非溶剂相分离法制备聚醚醚酮隔膜用于锂离子电池隔膜的方法，该方法采用浓硫酸和甲磺酸做混合溶剂分散聚醚醚酮，实验过程比较危险、繁琐，且很容易发生聚醚醚酮的磺化而降低隔膜的强度和耐温性。本发明中，我们首次提出采用双组份稀释剂的热致相分离法制备聚醚醚酮多孔隔膜，制备过程操作性强、工艺简单、经济高效，同时能制备的隔膜保留了聚醚醚酮固有的高强度、耐高温及优异的极性电解液亲和性，对发展高安全性、高电化学性能的锂硫电池具有重要的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于解决现有商业隔膜存在的耐温性差、电解液浸润性不足等问题，提供了一种耐高温、高强度及优异电解液浸润性的聚醚醚酮隔膜，并以此发展了高性能的锂硫电池。

为了实现上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种聚醚醚酮多孔隔膜的制备方法，包括如下步骤：