[发明专利]一种锂硫电池用功能化隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂硫电池用功能化隔膜，包括基膜，所述的基膜的上方设置有导电吸附涂层；所述的导电吸附涂层包括导电粉体碳材料与吸附无机极性材料；所述的吸附无机极性材料由前驱体经热处理后得到。本发明所述的锂硫电池用功能化隔膜由喷雾干燥制备的无机极性材料和导电碳材料构成，能够建立抑制多硫化物在正负极穿梭的屏障层，同时催化多硫化物的转化，有效提高锂硫电池体系中硫的利用率，提高锂硫电池的比容量、循环稳定性、热稳定性，具有良好电化学性能；功能层具备双重作用，一是强极性物质吸附锚定穿梭过来的多硫化物，另一方面可催化其转化。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其是涉及一种锂硫电池用功能化隔膜及其制备方法。

背景技术

在商业化的二次电池中，锂离子电池是目前能量密度最高的二次电池，但是基于“嵌入-脱出”理论的锂离子电池，其理论比容量目前小于300mA h g^-1，实际能量密度一般小于200Wh kg^-1，远不能满足长续航能力的需求。锂硫电池作为一种新的电化学储能二次电池，与传统的锂离子“脱嵌”式材料不同，在放电过程中，硫和金属锂发生两电子反应，理论比容量高达1675mAh g^-1,理论比能量也高达2600Wh kg^-1，同时，活性物质硫具有储量丰富，成本低廉，低毒，环境友好等优点，因此，锂硫电池是极具潜力的新一代高能量密度储能体系，具有良好的应用前景。

隔膜是锂硫电池中的一个重要部件，用于分隔正负极，并完成锂离子在正负极间的传输。锂硫电池隔膜通常采用聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)等膜，然而，锂硫电池在充放电过程中产生的多硫化物(Li₂S_x，其中，4≤x≤8)极易溶于电解液,多硫化物在正负极间的“穿梭效应”严重影响了Li-S电池的循环性能和活性物质硫的利用率。现有技术的解决策略主要从正极材料的结构、组分的有效设计来抑制或减缓多硫化物的穿梭，通过设计分级孔纳米结构或在正极引入具有极性的物质完成对可溶多硫化物的物理吸附及化学吸附。

另外一方面，隔膜具有绝缘性、多孔性和离子渗透能力的特点，是影响Li-S电池性能的关键材料之一。锂硫电池实际运行充放电过程中，多硫化物穿过隔膜在电池内部扩散可能导致活性物质的损失和负极的腐蚀。传统锂硫电池隔膜由于较高的孔隙率及非极性的特征，很难抑制多硫化物扩散，造成活性物质硫的流失，同时扩散到负极的多硫化物造成锂负极的不稳定，上述隔膜的缺点均导致锂硫电池的循环稳定性差，实际比容量低等一系列问题。

据此，引入功能化隔膜是改善锂硫电池性能的方法之一。2016年，周豪慎研究组制备出以MOF材料为模板，氧化石墨烯掺杂的复合功能性隔膜。通过该修饰隔膜来抑制多硫化物的“穿梭效应”，可以提高锂-硫电池的循环稳定性。研究发现极性氧化物、硫化物和碳化物等可以与PS形成化学键，抑制PS的溶解，提高硫的利用率，有效地提高电池的循环稳定性。因此，在隔膜上通过添加适当碳材料构建电子传输网络，添加对多硫化物起强吸附作用的极性物质，调控工艺参数，制备具有多功能屏障层的锂硫电池用复合隔膜，从而改善隔膜的持液量、热稳定性、导电性、循环稳定性又可以保护锂负极，进而提高锂硫电池整体性能，具有重要的实用意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种锂硫电池用功能化隔膜及其制备方法，提高锂硫电池的比容量、循环稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂硫电池用功能化隔膜，包括基膜，所述的基膜的上方设置有导电吸附涂层；所述的导电吸附涂层包括导电粉体碳材料与吸附无机极性材料；所述的吸附无机极性材料由前驱体经热处理后得到。

进一步，所述的基膜的下方设置有与基膜上方结构相同的导电吸附涂层。

进一步，所述的基膜为PP隔膜、PE隔膜、PP/PE/PP三层复合隔膜、聚酰亚胺隔膜或聚丙烯腈隔膜中的至少一种；所述的基膜的厚度为15-200μm。