[发明专利]一种介孔二氧化硅改性无纺布隔膜及锂硫电池中的应用

说明书

本发明公开了一种介孔二氧化硅改性无纺布隔膜及锂硫电池中的应用。该发明的介孔二氧化硅改性无纺布隔膜包括介孔二氧化硅、粘合剂、溶剂、无纺纤维膜，先由介孔二氧化硅、粘合剂、溶剂混合得到介孔二氧化硅改性修饰液，再用此修饰液对无纺纤维膜进行改性。本发明的介孔二氧化硅改性无纺布隔膜还应用在锂硫电池中，隔膜具有优秀的机械性能和耐热性，还能提高锂硫电池吸液量和持液能力，降低锂硫电池阻抗；而且隔膜可有效吸附多硫离子，减缓穿梭效应，因此可以提高锂硫电池的电化学性能。本发明还公开了介孔二氧化硅改性无纺布隔膜的制备过程。

技术领域

本发明涉及电池内部的材料领域，特别是一种改性无纺布隔膜、制备方法和该隔膜在锂硫电池中的应用。

技术背景

锂硫电池是一种理论比能量远高于已商业化锂离子电池的新型电池。作为锂硫电池的核心组成部件，隔膜材料在电池的制造中起着至关重要的作用。其主要功能是隔离正负极使电子绝缘以防止电池内部短路，而让电解质中的离子在正负极间自由通过。隔膜性能的优劣直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能有重要作用。

现有的锂硫电池，其电池隔膜基本上采用的是以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP) 为基体的聚烯烃微孔膜，孔隙率在40％左右。然而，现有的锂硫电池用聚烯烃微孔膜主要存在以下的技术问题：

第一，聚烯烃微孔膜对多硫离子无任何束缚作用，穿梭效应严重；

第二，现阶段广泛使用的聚烯烃微孔膜孔隙率和吸液量较低，不能满足电池大电流快速充放电的需要，且影响电池的整体循环寿命；

第三，聚烯烃微孔膜的耐热性能、热稳定性以及机械性能均较差，用于电池易产生安全隐患；

第四，PP和PE为非极性高分子材料，这导致它们在作为电池隔膜使用时和极性电解液之间的浸润性很差，从而导致电池的内阻较大，影响电池的循环和整体性能。

发明内容

为了解决现有聚烯烃微孔膜所存在的技术问题，本发明提供了一种介孔二氧化硅改性无纺布隔膜及锂硫电池中应用。该隔膜在锂硫电池中应用为电解质隔膜，相对现有技术的聚烯烃微孔膜具有更加优异的性能。技术方案如下。

一种介孔二氧化硅改性无纺布隔膜，介孔二氧化硅改性无纺布隔膜的成分如下：

包括介孔二氧化硅、粘合剂、溶剂、无纺纤维膜，其中：

(a)无纺纤维膜的材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚丙烯腈中的一种或者多种；

(b)溶剂为丙酮和二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液，溶剂通过与介孔二氧化硅和粘合剂进行混合，得到介孔二氧化硅改性修饰液；

(c)粘合剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和水溶性人造橡胶中的一种或多种；

介孔二氧化硅改性无纺布隔膜为介孔二氧化硅、粘合剂、溶剂、无纺纤维膜的聚合物。

与现有的聚烯烃微孔膜相比，本介孔二氧化硅改性无纺布隔膜的有益效果在于：

(1)介孔二氧化硅改性无纺布隔膜孔隙率可达60％甚至更高，这使得其具有很高的吸液率以及较高的锂离子电导率，从而可降低电池阻抗，提高电池性能；

(2)可以在放电时有效吸附多硫离子，并在充电时可逆脱附多硫离子，此作用有效的抑制了多硫离子在电解液中的溶解迁移，减缓了可溶性多硫离子的穿梭效应以及与锂负极之间副反应的发生，从而提高了锂硫电池的电化学性能；

(3)可提高隔膜的吸液量和持液能力，并提高隔膜的浸润性和与正负极之间的相容性；