[发明专利]一种锂硫电池用隔膜及包含该隔膜的锂硫电池

说明书

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种锂硫电池用隔膜，包括隔膜基体，还包括覆盖层，覆盖层包括石墨烯和异质结纳米材料，异质结纳米材料为共生的强吸附性相‑强导电性相，石墨烯与异质结纳米材料的质量比为（3‑15）：1，异质结纳米材料中，强吸附性相与强导电性相的质量比为（1‑10）：（10‑1）。相对于现有技术，本发明通过在隔膜上设置覆盖层，可以大大提升锂硫电池的电化学和动力学性能。具体而言，异质结纳米材料包括对多硫化物具有强吸附作用的强吸附性相和具有高导电性的强导电性相两相，强吸附性相吸附的多硫化物可以扩散到强导电性相表面完成转化，强吸附性相和强导电性相两相界面处也可完成吸附和转化，抑制多硫化物的“穿梭效应”。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种可吸附多硫化物并有效转化多硫化物，从而提高锂硫电池的电化学性能的锂硫电池用隔膜及包含该隔膜的锂硫电池。

背景技术

随着电子信息技术的不断发展，人类对长续航高容量电池的需求更加迫切，锂硫电池因其具有高理论比容量（1675mAh/g）和理论比能量（2600Wh/Kg），受到很大关注。但是锂硫电池也存在诸多问题，例如，多硫化物的“穿梭效应”会消耗活性物质，影响电池稳定性。因此只有抑制多硫化物的“穿梭效应”同时促进多硫化物的转化来提升锂硫电池的电化学和动力学性能，才能实现锂硫电池的商业化。

近期，对于锂硫电池隔膜的改性方式，多为对多硫化物进行阻挡，而多硫化物的转化及利用率较低，单纯的阻挡吸附无法满足长循环及商业化的锂硫电池。

本发明旨在提供一种锂硫电池用隔膜及包含该隔膜的锂硫电池，该隔膜包括隔膜基体和覆盖层，覆盖层包括石墨烯和异质结纳米材料，该异质结纳米材料包括具备强吸附作用的强吸附性相和高导电性的强导电性相两相，强吸附性相吸附的多硫化物可以扩散到强导电性相表面完成转化，同时两相界面处也可完成吸附和转化，使得整体的异质结兼具对多硫化物的强吸附和转化多硫化物的能力，从而提升锂硫电池的电化学和动力学性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂硫电池用隔膜，该隔膜包括隔膜基体和覆盖层，覆盖层包括石墨烯和异质结纳米材料，该异质结纳米材料包括具备强吸附作用的强吸附性相和高导电性的强导电性相两相，强吸附性相吸附的多硫化物可以扩散到强导电性相表面完成转化，同时两相界面处也可完成吸附和转化，使得整体的异质结兼具对多硫化物的强吸附和转化多硫化物的能力，从而提升锂硫电池的电化学和动力学性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂硫电池用隔膜，包括隔膜基体，还包括覆盖层，所述覆盖层包括石墨烯和异质结纳米材料，所述异质结纳米材料为共生的强吸附性相-强导电性相，所述石墨烯与所述异质结纳米材料的质量比为（3-15）：1，所述异质结纳米材料中，强吸附性相与强导电性相的质量比为（1-10）：（10-1）。

作为本发明锂硫电池用隔膜的一种改进，强吸附性相与强导电性相为掺杂共生结构，并且二者之间存在公共界面。

作为本发明锂硫电池用隔膜的一种改进，所述强吸附性相为氧化钼、氧化钨和氧化钛中的至少一种，所述强导电性相为碳化钼、碳化钨和氮化钛中的至少一种，所述异质结纳米材料为共生的氧化钼-碳化钼、共生的氧化钨-碳化钨和共生的氧化钛-氮化钛中的至少一种。

作为本发明锂硫电池用隔膜的一种改进，所述异质结纳米材料的制备方法至少包括以下步骤：

第一步，采用尿素作为氮源，钼的前驱体、钨的前驱体或钛的前驱体作为金属源，控制金属源和尿素的摩尔比为1：（2.1-9.9）；

第二步，将金属源分散在乙醇中，随后加入尿素，分散均匀，烘干直至形成玻璃态中间相，将该玻璃态中间相装入半封闭的容器，将该半封闭的容器置于保护气体气氛下于600℃-1000℃下保温1h-5h，得到异质结纳米材料。