[发明专利]一种锂硫电池用功能化隔膜及其制备方法、锂硫电池

说明书

本发明提供了一种锂硫电池用功能化隔膜，该功能化隔膜依次包括正极侧功能层、中间基膜层和负极侧功能层；正极侧功能层和负极侧功能层均由包括内核和外壳的核壳结构材料堆积而成，其中，内核为高导电性碳材料，外壳主要由高分子聚合物组成；外壳的表面还吸附有功能化修饰基团；正极侧功能层和负极侧功能层的厚度均为0.5‑10μm。本发明的功能化隔膜，能够有效抑制聚硫锂向负极侧穿梭的现象，有效提高锂硫电池体系中硫的利用率，提高锂硫电池的循环性能、电池寿命和工作稳定性。本发明还提供了该功能化隔膜的制备方法，以及一种由该功能化隔膜制得的具有良好电化学性能的锂硫电池。

技术领域

本发明属于电池材料及其制备技术领域，尤其涉及一种锂硫电池用功能化隔膜及其制备方法，还涉及一种具有该功能化隔膜的锂硫电池。

背景技术

随着现代经济的高速发展，日常生活中人们对能源的需求日益增加。锂硫电池作为具有非常高能量密度的二次电池，具有环境友好、生产成本低、回收成本低等优点，已经成为近来研究的热点，是一种有良好应用前景的锂离子电池。

但是锂硫电池离实际应用仍有很大的距离，其存在电池的循环性能差、倍率性能差以及安全稳定性能较差等问题，这些问题与锂硫电池所使用的隔膜自身固有的特性密切相关。传统用锂电隔膜的孔径结构为微米或亚微米尺度，其不能够有效阻止聚硫锂的穿梭，造成电池的循环性能下降；此外，隔膜的浸润性差，这会导致锂离子的传导电阻升高以及锂离子分布不均，造成电池倍率性能下降，同时负极还可能发生锂枝晶生长的问题；而且隔膜表层一般不导电，致使负极电荷分配不均和产生更多的“死锂”，降低了电池的循环性能，进一步加速锂枝晶的生长。针对以上问题，研究者们做了大量的隔膜改性实验，虽然说都在一定程度上提高了电池的循环性能以及倍率性能，但是仍存在电池稳定性差，容易产生“死硫”等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种锂硫电池用功能化隔膜，同时还提供该功能化隔膜的制备方法以及一种具有该功能化隔膜的锂硫电池；将该功能化隔膜应用于锂硫电池中能够提高锂硫电池的循环性能、倍率性能和安全性能，从而显著提高锂硫电池的寿命和使用稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种锂硫电池用功能化隔膜，所述功能化隔膜依次包括正极侧功能层、中间基膜层和负极侧功能层；所述正极侧功能层和负极侧功能层均由包括内核和外壳的核壳结构材料堆积而成，其中，内核为高导电性碳材料，外壳主要由带负电荷的、高粘附性的高分子聚合物组成；所述外壳的表面还吸附有功能化修饰基团；所述正极侧功能层和负极侧功能层的厚度均为0.5-10μm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的功能化隔膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高分子聚合物前驱体、CuSO₄和碳材料加入到缓冲液中，然后进行搅拌，必须等搅拌均匀后再向其中加入触发剂H₂O₂以加快高分子材料间的聚合过程，继续搅拌均匀，得到混合浆料；

(2)将步骤(1)后制得的混合浆料涂布在中间基膜的一侧，并将涂布好的隔膜烘干；

(3)将步骤(1)后制备得到的混合浆料涂布在中间基膜的另一侧，或者先按照步骤(1)的方法制备新的混合浆料，再将新的混合浆料涂布在中间基膜的另一侧，随后将涂布好的隔膜烘干；

(4)将步骤(3)后的隔膜用去离子水清洗，然后放入表面修饰剂溶液中浸泡，之后进行鼓风干燥，得到功能化隔膜。