[发明专利]锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法，涉及隔膜技术领域，所述锂硫电池隔膜包括支撑膜，所述支撑膜上复合有掺氮碳吸附‑导电涂层，所述锂硫电池隔膜的制备方法包括如下步骤：将掺氮碳吸附‑导电涂层涂覆于支撑膜上，干燥后，得到锂硫电池隔膜，缓解了传统的隔膜对于多硫离子基本上是没有阻挡作用，无法阻挡多硫化物溶出和穿梭现象的技术问题，通过在支撑膜上复合有掺氮碳吸附‑导电涂层，使得多硫化物能够被吸附在隔膜上，进行强导电性转化，抑制多硫化物的“穿梭效应”，并降低界面反应阻力，有效回收正极与隔膜界面处的溶出硫，提高正极活性物质利用率，限制多硫化物的跨膜扩散，从而提高锂硫电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及隔膜技术领域，尤其是涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益加重，具有优良性能的可充电电池已经成为解决上述问题的重要手段之一。锂离子电池具有较好的循环寿命，较高的工作电压以及较少的污染等优点，因此锂离子电池得到了越来越广泛的应用。然而，较低的电池能量密度、较高的电池成本以及电池的安全性等问题限制了锂离子电池在电动车和大型储能器材等方面的应用。研究具有高能量密度、长循环寿命、良好的安全性以及低成本的高性能电池已经成为当务之急。为了满足社会的需求，发展具有高能量密度和高安全性的下一代二次电池迫在眉睫。

近年来锂硫电池因其具有较高的能量密度、较低的制备成本以及较高的安全性而极大地引起了社会的关注。它的理论能量密度高达2600Wh/kg，远远高于现在商业化的锂离子电池。但是锂硫电池反应体系非常复杂，在充放电过程中的多硫化锂中间产物溶于电解液，会造成正极活性物质损失，导致电池容量衰减，同时多硫化物到达负极后会与金属锂发生氧化还原反应，形成“穿梭效应”，降低体系的库仑效率。但是目前商用的聚乙烯或聚丙烯隔膜为了保证较高的锂离子传导率，具有比较高的孔隙率和较大的微孔直径，而多硫离子的直径是小于1nm的，所以传统的隔膜对于多硫离子基本上是没有阻挡作用，无法阻挡多硫化物溶出和穿梭现象。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种锂硫电池隔膜，以对多硫离子进行阻挡，减少多硫化物溶出和穿梭现象。

本发明提供的锂硫电池隔膜，包括支撑膜，所述支撑膜上复合有掺氮碳吸附-导电涂层。

进一步的，所述掺氮碳吸附-导电涂层主要由掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂制成；

优选地，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂的质量比为(80-99)：(1-20)。

进一步的，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯主要由纳米多孔碳、石墨烯和碳纳米管制成；

优选地，所述纳米多孔碳、石墨烯和碳纳米管的质量比为(1-2)：(2-3)：(1-2)。

进一步的，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯主要由胺基修饰纳米多孔碳、羧基化石墨烯和羧基化碳纳米管制成；

优选地，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯材料的制备方法包括如下步骤：

将胺基修饰纳米多孔碳、羧基化石墨烯和羧基化碳纳米管混合，进行缩合反应，得到掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯；

优选地，缩合反应在活化剂作用下进行；

优选地，所述活化剂选自N-羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺或N,N’二环己基碳二亚胺中的至少一种。

进一步的，所述胺基修饰纳米多孔碳的制备方法包括如下步骤：

(a)将纳米多孔碳羧基化，得到羧基化纳米多孔碳；

(b)将羧基化纳米多孔碳酰氯化，得到酰氯化纳米多孔碳；