[发明专利]一种锂硫电池用复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池用复合膜及其制备方法。其具体步骤为：将5～50质量份凹凸棒、5～30质量份羧基化碳纳米管、1～10质量份制孔剂以及50～80质量份成膜有机聚合物依次分散和溶解到有机溶剂中，将所得铸膜液脱泡后利用相转化法制备成膜，干燥。该方法制备的复合膜对电解液有良好的浸润性，并对充放电过程中产生的多硫化物有很好的吸附能力，有效抑制“穿梭效应”，从而提高锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特别是涉及一种凹凸棒/碳纳米管协同改性复合膜的制备方法和在锂硫电池中的应用。

背景技术

锂硫电池具有很高的理论比容量(1672mAh/g)和较高的能量密度(2600Wh/kg)，同时具有两个比较平稳的放电电压平台，相比于传统的二次电池其性能更加优异，被认为是最具有发展潜力的二次电池之一，从而得到了广泛的关注。但是，单质硫导电性低，同时硫正极在充放电循环过程中会生成易溶于电解液的多硫化物，产生“穿梭效应”使得可利用的活性物质量减少，降低了活性物质的利用率，从而导致电池循环稳定性差，循环寿命短，库伦效率低，大大限制了锂硫电池的商业化应用。针对以上存在的问题，最常见的技术方法之一是通过将硫与高导电性的碳材料如多孔炭、石墨烯、碳纳米管等进行复合制备硫/碳复合正极材料，一方面提高硫正极的导电性，另一方面碳材料的纳米孔结构有利于吸附硫及多硫化物从而抑制穿梭效应(Electrochimica Acta，2014，116：146-151；Nano Letters，2011，11，4288-4294)。这种方法制备的硫正极通常活性物含量不高，从而降低了锂硫电池的能量密度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，针对多硫化物“穿梭效应”导致锂硫电池循环稳定性差，库伦效率低，活性物质利用率低等问题，本发明采用如下技术方案制备了凹凸棒/碳纳米管协同改性复合膜并应用于锂硫电池。

本发明所采用的技术方案是：将5～50质量份凹凸棒、5～30质量份羧基化碳纳米管、1～10质量份制孔剂以及50～80质量份有机聚合物依次分散/溶解到有机溶剂中，将所得铸膜液脱泡后利用相转化法制备成膜，干燥。

上述步骤所用有机聚合物为聚烯烃、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺中的一种或几种。

上述步骤所用有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、二甲亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。

上述步骤所用碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或两种。

上述步骤所用致孔剂为表面活性剂、氯化锂、氯化钠、硝酸锂、硝酸钠中的一种或几种。

上述步骤所制备复合膜在锂硫电池中可直接涂布到聚合物隔膜一侧，或单独成膜置于硫正极及聚合物隔膜之间。

本发明所制备复合膜对电解液有良好的浸润性，对充放电过程中产生的多硫化物有很好的吸附能力，能有效抑制“穿梭效应”，可显著提高锂硫电池的循环稳定性。

附图说明

图1为实施例1产物的扫描电镜图。

图2为实施例2产物的扫描电镜图。

图3为实施例1、2产物静态接触角测试。

图4为实施例4组装锂硫电池示意图。

图5为以实施例1、2产物为中间层所组装锂硫电池的循环性能图。

具体实施方式

实施案例1：多壁碳纳米管@聚丙烯腈复合膜