[发明专利]微孔聚苯并咪唑膜及改性聚苯并咪唑为隔膜的锂硫电池

权利要求书

1.一种改性聚苯并咪唑复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

60℃下，将0.07g的PEO改性Li⁺型全氟磺酸树脂粉末溶于2g的N-甲基吡咯烷酮中，再加入0.07g乙炔黑搅拌均匀；取0.5ml滴到直径为19mm的微孔聚苯并咪唑膜上，60℃下真空干燥12小时；然后再在另一面滴加0.5ml，60℃下真空干燥12小时后，得到改性聚苯并咪唑复合隔膜；

所述微孔聚苯并咪唑膜的制备：将10g聚苯并咪唑溶于100ml二甲基乙酰胺，再加入0.01～0.5g碳酸氢铵，搅拌溶解后倒入制膜器；90℃真空干燥12小时后，真空下加热至200～300℃使碳酸氢铵气化造孔，恒温加热2小时待碳酸氢铵完全气化后降至室温，得到微孔聚苯并咪唑膜；

所述PEO改性Li⁺型全氟磺酸树脂粉末的制备：取10g LiNO₃加入至100ml的20wt％全氟磺酸树脂溶液中；搅拌30分钟后，离心分离掉过剩的LiNO₃，得到Li⁺型全氟磺酸树脂溶液；取100ml Li⁺型全氟磺酸树脂溶液，加入2g分子量为500,000g/mol的聚氧化乙烯和50ml去离子水，搅拌1小时，得到PEO改性Li⁺型全氟磺酸树脂溶液；喷雾干燥后，得到PEO改性Li⁺型全氟磺酸树脂粉末。

2.以权利要求1所述方法制备得到的改性聚苯并咪唑复合隔膜作为电池隔膜的锂硫电池，包括隔膜、正极、负极和电解液；其特征在于，所述隔膜是改性微孔聚苯并咪唑膜，正极和负极分别设置在隔膜两侧形成三明治结构，并使正极和负极的电极材料侧朝向隔膜；

所述负极是锂金属片和泡沫镍片的组合体；

所述正极的制备：取1.4g正极材料，与乙炔黑和粘结剂按质量比70∶15∶15混合；研磨均匀后取2g，加入2g的N-甲基吡咯烷酮，然后调制成糊状；取0.1ml涂敷到直径为18mm的铝膜上并阴干，在100Kg/cm²的压力下压制成型得到正极；所述粘结剂为PEO改性Li⁺型全氟磺酸树脂粉末；

所述正极材料的制备：将单质硫与大孔碳材料按质量比为7∶3机械混合均匀，置于316不锈钢材质的反应器内；然后将反应器抽真空后加热至80℃，反应5～10小时后完成硫的担载，再将反应产物冷却至10～30℃，即制得正极材料；

所述大孔碳材料的制备：按质量比1∶1称取粒径为15～40nm的亲水性纳米CaCO₃和葡萄糖各10g，加入至100ml去离子水中，超声振动混合30分钟使葡萄糖溶解并与纳米CaCO₃分散均匀；加热使水蒸发，然后在160℃下固化6小时；将固化产物在氮气氛保护下升温至700℃，恒温碳化2小时；碳化产物依次用5wt％浓度的硝酸、去离子水洗涤，再120℃下恒温干燥4小时后，得到大孔碳材料。

3.根据权利要求2所述的锂硫电池，其特征在于，所述大孔碳材料为含纳米磷酸铁锂的大孔碳，其制备方法为：

取10g葡萄糖加入至50ml去离子水中，再加入FePO₄·4H₂O与LiOH·H₂O，FePO₄·4H₂O∶LiOH·H₂O∶葡萄糖的质量比为0.931∶0.1∶10；球磨混合30分钟，按碳酸钙∶葡萄糖的质量比1∶1加入粒径为15～40nm的亲水性纳米碳酸钙，球磨混合30分钟；加热使水蒸发，然后在160℃下固化6小时；将固化产物在氮气氛保护下升温至700℃，恒温碳化8小时；碳化产物依次用5wt％浓度的硝酸、去离子水洗涤，再120℃下恒温干燥4小时后，得到纳米磷酸铁锂修饰大孔碳。

4.权利要求2所述锂硫电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将改性聚苯并咪唑复合隔膜在电解液中浸泡24小时；电解液以Li[CF₃SO₂)₂N]为溶质，以二氧戊环和乙二醇甲醚的混合物为溶剂，二氧戊环与乙二醇甲醚的体积比为1∶1，一升电解液中含一摩尔Li[CF₃SO₂)₂N]；

(2)将正极置于市贩扣式电池外壳中，正极的电极基材铝膜与电池外壳接触；

(3)将浸泡后的改性聚苯并咪唑复合隔膜置于正极之上；

(4)将直径为18mm、厚0.2mm的锂金属片置于隔膜之上；

(5)在锂金属片上垫上直径为18mm、厚1mm、空隙率为98％的泡沫镍片后，加密封圈和电池盖后密封，得到扣式锂硫电池。