[发明专利]阻挡隔膜、其制备方法及包括其的二次电池

说明书

本发明公开了一种阻挡隔膜、其制备方法及包括其的二次电池。该阻挡隔膜包括一层或G层单离子聚合物电解质膜，其中G≥2。该阻挡隔膜中，单离子聚合物电解质膜因其对于阳离子的选择性通过特性，能够阻碍二次电池中因放电过程产生的可溶性多硫阴离子的电迁移，将其阻挡在靠近硫正极的一侧。从而有利于防止这些多硫阴离子扩散至负极(如锂或钠负极)表面发生反应，进而能够解决二次电池的电池容量和电流效率降低的问题。总之，在二次电池的硫正极和多孔隔膜之间增设上述阻挡隔膜后，在该阻挡隔膜阻挡多硫阴离子的作用下，能够有效抑制多硫化物的“穿梭”效应，进而能够提高具有硫正极的二次电池的电池性能。

技术领域

本发明涉及二次电池制作领域，具体而言，涉及一种阻挡隔膜、其制备方法及包括其的二次电池。

背景技术

上世纪90年代，索尼公司首次推出锂离子电池，经过几十年的发展，锂离子电池的比容量、比功率和安全性都得到了较大的发展。但是，新型手持终端设备，电动交通工具，大规模储能等领域的快速发展对现有的储能体系提出了新的要求：更高的能量密度、更高的功率密度、更长的循环寿命、廉价和更高的安全性。现有的锂离子电池技术是基于锂离子在金属氧化物正极材料中可逆地嵌入和脱出，由于其嵌入和脱出电势高于Li⁺/Li电对，因此可以组装成比水体系电池具有更高电压的电池。在锂离子电池中，电池的正、负极材料对提高电池性能有着决定性的作用。发展至今，作为锂离子电池负极的单质硅具有高达4200mAh/g的比容量，然而，基于氧化物的正极材料的比容量仍低于200mAh/g。因此，开发具有高能量密度、低成本和长循环寿命的新型绿色储能正极材料就显得尤为迫切。

锂-硫电池在近五年里发展迅速，逐渐成为电池领域的研究热点。其最大的吸引力在于单质硫具有较高的比容量，即1675mAh/g(约合2600Wh/Kg)，远远高于已经商业化的锂离子电池正极材料的比容量。除此之外，硫的资源丰富、价格便宜，使得锂-硫电池极具商业开发的潜力。但是，目前为止，该体系仍存在一些问题，一定程度上制约其开发利用。主要问题如下：

(1)单质硫在25℃下测量的电子电导率为5×10^-30S/cm。因此，硫电极在电极反应过程中的电子传递受到限制，很大程度上制约了锂-硫电池的大倍率充放电性能。

(2)硫的密度是2.07g/cm³，其还原产物Li₂S的密度是1.66g/cm³，体积变化率为20％。在充放电过程中，因为体积的变化，所以硫颗粒很可能与导电载体或者集流体脱离接触，导致电池容量下降和电流效率降低。

(3)“穿梭”效应：单质硫在常温下以环状S₈形式存在，在放电过程中，会形成一系列中间还原态物质，即Li₂S_x(2≤x≤8)。其中，多硫化物Li₂S_n(4≤n≤8)在传统的锂离子电池电解质溶液是可溶的；随着放电过程的继续，多硫化物会被逐渐还原为不可溶的Li₂S₂和最终产物Li₂S。然而，由于可溶解的多硫化物会向电池的阳极扩散，并与阳极的金属锂直接发生化学反应，这就会使阳极活性物质损失，最终导致电池容量降低，同时也导致电流效率降低。此外，因为Li₂S是绝缘体，所以一旦Li₂S沉积在金属锂表面，会增大电池内阻，从而降低电池性能。这就是所谓的“穿梭”效应。

除锂-硫电池存在上述问题外，行业内研究较热的以硫或含硫复合物作为正极(硫正极)的二次电池，如钠-硫电池，也存在同样的问题。且在上述存在的问题中，“穿梭”效应被公认为是影响二次电池性能的核心问题。目前，如何抑制以硫作为正极的二次电池中多硫化物的“穿梭”效应成为本领域技术人员的研究热点。

发明内容

本发明旨在提供一种阻挡隔膜、其制备方法及包括其的二次电池，以解决现有技术中“穿梭”效应导致的具有硫正极的二次电池性能降低的问题。