[发明专利]自支撑膜及其制备方法和锂硫电池

说明书

自支撑膜及其制备方法和锂硫电池，该自支撑膜按以下步骤制得：将钼酸铵溶解于溶剂中，得到浓度为0.1～0.2mol/L的溶液，然后将碳源分散到上述溶液中，分散均匀后逐滴加入醇溶剂，使钼酸铵析出，将钼酸铵析出后的溶液再次分散均匀，得到前驱体材料；将前驱体材料抽滤成膜；将得到的膜在保护气中高温热解，得到表面生长有催化剂的薄膜；干燥后得到自支撑膜。本发明能够加快多硫化锂的转化速率，减少多硫化锂在电解液中的积累，配合多硫化锂活性物质使用，有利于提高锂硫电池的库伦效率与循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种自支撑膜及其制备方法，和包括该自支撑膜的锂硫电池。

背景技术

电子信息技术的高速发展促进着储能设备的进一步提升，对长续航高比能电池的需求更加迫切。目前商业化的锂离子电池主要以锂离子的嵌入脱出反应为主，质量比能量较低，使得锂离子电池的能量密度难以达到某些高储能设备的要求。硫具有较高的理论比容量(1675mAh/g)，并且价格低廉，与金属锂负极配合使用可获得2600Wh/kg的能量密度，体积能量密度高达3467Ah/L，因此锂硫电池成为极具潜力的下一代高比能电池。

但是锂硫电池在使用过程中也存在诸多问题，例如硫正极的中间产物多硫化锂会溶于电解液并在正负极之间传递，造成“穿梭效应”，导致充电效率低且容量衰减迅速。同时，硫正极的电子绝缘性及较慢的电子转移过程，也导致了电池的活性物质载量偏低及高倍率性能不佳的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可加速多硫化锂转化的自支撑膜及其制备方法，以及使用该自支撑膜的锂硫电池，以提高锂硫电池的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

自支撑膜的制备方法，包括以下步骤：

将钼酸铵溶解于溶剂中，得到浓度为0.1～0.2mol/L的溶液，然后将碳源分散到上述溶液中，分散均匀后逐滴加入醇类溶剂，使钼酸铵析出，将钼酸铵析出后的溶液再次分散均匀，得到前驱体材料；

将前驱体材料抽滤成膜；

将得到的膜在保护气中高温热解，得到表面生长有催化剂的薄膜；

干燥后得到自支撑膜。

更具体的，所述碳源与钼酸铵的质量比为4～6:1。

更具体的，所述碳源为碳纳米管、氧化石墨、碳纤维中的一种或多种。

更具体的，所述保护气为氮气、氩气、氦气中的一种或为氢氩混合气体。

更具体的，高温热解的温度为800～1000℃，时间为2～5小时。

一种自支撑膜，采用前述自支撑膜的制备方法制得。

更具体的，所述自支撑膜以碳材料为主体支撑材料，主体支撑材料表面具有作为催化剂的碳化钼，碳材料和碳化钼的质量比为7～9:1～3。

锂硫电池，以前述自支撑膜作为正极集流体，以锂片作为负极，采用浓度为0.5～1.5M的含多硫化锂的DOL/DME＝1:1溶液作为正极活性物质，在正极集流体滴加正极活性物质溶液后，再加入电解液。

更具体的，所述多硫化锂为Li₂S₈或者Li₂S₆。

更具体的，所述电解液为1M LiTFSI和0.1M LiNO₃的DOL/DME＝1:1溶液。