[发明专利]一种锂硫电池及其复合隔膜

说明书

本发明涉及一种隔膜和包含该隔膜的锂硫电池，所述隔膜包括一层多孔基膜，多孔基膜至少一面上涂覆有均匀混合的碳纳米管与结构式为的功能层，所述锂硫电池隔膜应用于锂硫电池时，功能层正对电池的正极面。基于多硫化物与功能材料自发的化学反应，有效地阻隔了多硫化物向锂金属负极的扩散，抑制了穿梭效应，有效提升了电池的放电比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池领域，具体涉及一种锂硫电池用复合隔膜。

背景技术

近年来，锂硫电池因为其高能量密度(2500Wh/kg、2800Wh/L)，活性物质硫来源广、价格低廉等优势而备受研究者的关注，被认为是最具发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。但由于其复杂的电化学反应机理，一些问题严重制约了锂硫电池的实际应用。由于放电中间产物长链多硫化物Li₂S_X(_X＝4～8)极易溶于醚类电解液中，导致了正极活性物质的实际利用率不高，造成首圈实际比容量远低于单质硫的理论容量(1675mAh/g)；在电场力和浓度梯度的作用下，长链多硫化锂会向锂金属负极扩散，一方面腐蚀金属锂负极反应生成短链多硫化锂与绝缘的Li₂S，前者又会扩散到正极区域，被氧化成为长链多硫化锂，如此循环往复，即所谓的“穿梭效应”，导致库仑效率严重降低和活性物质不可逆的损失，电池容量因此不断衰减。

针对锂硫电池中容量衰减的问题，研究者们采取了许多不同的策略并取得了一定效果。比如正极方面，利用具有极性的金属化合物(氧化物、硫化物、氮化物等)化合物与多硫离子的化学吸附作用来抑制其穿梭，从而减缓电池的容量衰减是一种有效的策略。从电解液角度(如CN102983361A)采取添加剂改性以构筑更加致密稳固的固体电解质界面膜(SEI)同样是一种简便而有效地策略。

隔膜是锂硫电池中的一个重要组成部分，用于分离阴极和阳极，以避免内部短路，同时有助于自由锂离子在电极之间运输。锂硫电池隔膜通常为聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)等非极性薄膜，其内部孔径大小通常为0.01～0.1μm，因此纳米尺度的极性产物多硫离子极易借助于其在醚类溶剂中的高溶解度而扩散到锂金属负极一侧进而引起“穿梭效应”。为防止多硫化合物穿梭，现有技术中也报道了一些对隔膜改性的手段，主要为在基膜的表面涂覆功能涂层。例如CN201810129954通过在锂硫电池隔膜中加入带有片层状结构的二硫化钨，可有效的限制多硫化物的穿梭效应，提升锂硫电池的电池循环性能。

虽然，现有隔膜改性手段对多硫化合物的穿梭有一定的限制作用，但仍无法根本解决多硫化合物穿梭问题，电学性能有待进一步提升。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种锂硫电池复合隔膜，该锂硫电池隔膜可以克服上述传统隔膜的缺点，帮助提升锂硫电池的循环性能。

本发明第二目的在于，提供一种锂硫电池改性隔膜的制备方法。

本发明第三目的在于，提供一种锂硫电池改性隔膜在锂硫电池中的应用

本发明第四目的在于，提供包含所述复合隔膜的锂硫电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锂硫电池复合隔膜，包括多孔基膜以及复合在多孔基膜至少一个表面的功能层；所述的功能层包含导电剂和具有式1结构式的功能材料；

所述的Ar₁、Ar₂独自为带有吸电子基团的芳香基团。