[发明专利]一种锂硫电池隔膜的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多功能锂硫电池隔膜的制备方法和应用。该电池隔膜由一隔膜基底和功能性涂覆层组成，功能性涂覆层紧贴隔膜基底表面，通过改性壳聚糖、导电剂和粘结剂混合，结合流延成型法制备得到。本发明的多功能锂硫电池隔膜对多硫化物扩散具有物理阻挡作用，且具有良好的导电网络，可提高硫的利用率；同时，由于改性壳聚糖具有较多的极性基团和催化单元，可有效地对多硫化物进行化学吸附并促进其转化，抑制电池的穿梭效应，提高电池的容量和循环稳定性。另外，本发明工艺简单，原材料低廉，实用性强，有利于推进锂硫电池工业化，对促进高性能新型储能系统的发展具有重要经济意义。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域。更具体地，涉及一种锂硫电池隔膜的制备方法和应用。

背景技术

在过去的三十多年间，锂离子电池作为常用的储能系统，得到了广泛的研究与应用，但受正极材料比容量的限制，比能量很难再有较大的提高，因此，研究开发高性能的锂离子电池，发展新的储能系统对日益增长的储能需求具有重要的意义。以金属锂作为负极，单质硫作为正极的锂硫电池与锂离子电池相比，具有更高的理论容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)，且单质硫本身具有无污染、来源丰富、成本低廉等优点，符合目前对动力电池和电子产品电源的要求。目前，锂硫电池已成为国际研究热点，有望成为下一代的电池储能系统。

然而，锂硫电池大规模应用仍面临诸多问题，例如，活性材料导电性差、由多硫化物(中间产物)引起的穿梭效应，在电池性能中表现为放电容量低和循环稳定性差。为了解决以上问题，研究者们设计了多种纳米结构正极宿主(如碳材料和导电聚合物等)用以包覆单质硫，但这种方式涉及复杂的合成过程，难以实现商业化。

隔膜作为电池重要组成部分，起到物理隔离正、负极，避免因内部电子传输引起短路的作用。目前，在锂硫电池中，隔膜仍使用传统锂离子电池聚烯烃隔膜(PP)，此类隔膜的成本较低，但在电池循环过程中无法阻止多硫化物扩散，造成容量损失，且耐热性差，容易破裂发生电池短路以引发安全问题。若隔膜经过涂覆处理，或在隔膜和正极之间加入中间层，则能够阻止多硫化物穿梭和提高硫的利用率，将会比纳米结构正极宿主更加简单易行，也更易大规模生产。

目前，锂硫电池的隔膜涂覆采用的材料多为非极性的碳材料，如石墨烯、碳纳米管等，该种隔膜可实现对多硫化物的物理阻挡和再利用，但由于采用的是非极性的碳材料，对极性多硫化物阻挡效果较差；另外，有些研究使用一些无机物(如金属氧化物、硫化物等)作为隔膜涂覆采用材料，极性较强，但由于比表面较低，往往吸附容量有限，且对多硫化物较强的化学吸附作用不利于随后的转变。因此，开发一种性能更为优异的多功能锂硫电池隔膜，对促进高性能新型储能系统的发展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有锂硫电池隔膜的缺陷和不足，提供一种多功能锂硫电池隔膜的制备方法。该方法制备得到的隔膜能够实现对多硫化物较好的物理阻挡和化学吸附作用，促进随后转换反应的发生，并提高活性材料单质硫的导电性能，使得硫的利用率提高，从而使得电池的放电容量扩大、循环稳定性提高。

本发明的目的是提供一种多功能锂硫电池隔膜的制备方法。

本发明的另一目的是提供所述多功能锂硫电池隔膜在制备多功能锂硫电池方面的应用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

本发明提供了一种多功能锂硫电池隔膜的制备方法，以改性壳聚糖、导电剂和粘结剂为原料制备得到多功能锂硫电池隔膜。

其中，优选地，所述改性壳聚糖是含金属离子的改性壳聚糖。

优选地，所述金属离子为铁、钴或镍。

更优选地，所述改性壳聚糖的制备方法为：将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中得到壳聚糖醋酸溶液；再加入金属盐溶液，超声处理，得到含金属的均匀粘稠状水凝胶；然后将该水凝胶用去离子水透析，冷冻干燥，得到改性含铁壳聚糖气凝胶。