[发明专利]一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池

说明书

为克服现有锂硫电池的隔膜存在多硫化物穿梭效应的问题，本发明提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。同时，本发明还公开了上述电池隔膜的制备方法以及一种锂硫电池。本发明提供的电池隔膜能够有效阻隔多硫化物的穿梭，大幅提高锂硫电池的循环性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池。

背景技术

随着社会的发展，能源枯竭与环境污染是人类面临的极大挑战，因此清洁能源的发展受到前所未有的关注。锂电池由于其较好的循环性能，较少的污染以及无记忆效应，成为今年来广泛应用的储能器件。然而现有锂离子电池已接近其能量密度极限，同时新能源汽车、便携式存储、储能电站等诸多领域都对储能器件提出了更高能量密度的应用需求，因此寻求更高能量密度和安全性的下一代储能器件成为迫切需求。

锂硫电池由于其超高的理论能量密度(2600Wh·kg^-1)且原材料成本低，环境适应性好等优点引起了研究者们的广泛关注。但是，锂硫电池也面临着诸多挑战：硫导电性差，反应中间产物多硫化物易溶解于电解液并产生穿梭效应。目前所使用的商业化隔膜(聚丙烯或聚乙烯)的孔径较大，远大于多硫化物的直径，所以它对于多硫化物是无阻挡作用的，严重影响电池的循环性能。

为解决隔膜上多硫化物穿梭效应的问题，现有一种锂硫电池隔膜，通过在隔膜表面涂覆石墨烯等碳材料对多硫化物进行物理阻隔，以减少多硫化物迁移到负极。

上述锂硫电池隔膜虽然对多硫化物的穿梭效应具有一定抑制作用，但单纯的物理阻隔仍存在渗透问题，现有研究对上述锂硫电池隔膜进行改进，采用金属硫化物负载于石墨烯上，同时利用石墨烯对多硫化物的物理阻隔和金属硫化物对多硫化物的化学吸附作用，提升锂硫电池的电化学和动力学性能。

发明人对现有锂硫电池隔膜研究发现，在二维石墨烯上负载金属硫化物的方式会形成密实结构，影响电解液浸润，金属硫化物对石墨烯的表面形成较大的覆盖，影响石墨烯本身功能，同时金属硫化物与电解液接触面积较小，仍无法完全避免多硫化物往负极方向的扩散，具有较大的改进空间。

发明内容

针对现有锂硫电池的隔膜存在多硫化物穿梭效应的问题，本发明提供了一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。

可选的，所述多孔碳材料上形成有羟基或羧基。

可选的，所述多孔碳材料具有1-2nm的微孔、2-5nm的介孔和20-100nm的大孔。

可选的，所述覆盖层包括以下重量组分：

多孔碳材料10～90份，金属硫化物10～90份。

可选的，所述金属硫化物为硫化钴。

可选的，所述覆盖层中还包括以下重量组分：

导电添加剂2～15份，粘结剂3～30份。

可选的，所述导电添加剂包括纳米银粉、Super P、乙炔黑、科琴黑、石墨粉、炭黑、中间相碳微球、石墨烯和纳米碳管中的一种或多种；

所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、LA-132和羧甲基纤维素中的一种或多种。

可选的，所述覆盖层的厚度为70um-200um。