[发明专利]锂硫电池用隔膜和包含所述隔膜的锂硫电池

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用隔膜和一种包含所述隔膜的锂硫电池，并且更具体地，涉及一种锂硫电池用隔膜，其包含：多孔基材；和在所述多孔基材的至少一个表面上形成的涂层，其中所述涂层包含聚合物，所述聚合物在其主链中包含具有非共价电子对的官能团并且在其侧链中包含芳烃基。

技术领域

本申请要求于2018年5月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0058848号的权益，该韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文中。

本发明涉及一种锂硫电池用隔膜和包含所述隔膜的锂硫电池。

背景技术

近年来，随着电子装置、通信装置等的高性能化、小型化和轻量化的快速发展以及与石油资源的枯竭和环境问题相关的对电动车辆的需求的增加，对用作这些产品的电源的二次电池的性能和寿命的改善的需求日益增长。在各种二次电池中，锂二次电池由于其高能量密度和高标准电极电位而作为高性能电池已经受到关注。

特别是，锂硫电池是使用具有S-S键(硫-硫键)的硫类材料作为正极活性材料并且使用锂金属、嵌入/脱嵌锂离子的碳类材料、与锂形成合金的硅或锡等作为负极活性材料的二次电池。在这种情况下，存在以下优势，即作为正极活性材料的主要材料的硫具有低的原子量，非常丰富的资源并且因此供求容易，并且廉价、无毒且环保。此外，锂硫电池的理论放电容量为1675mAh/g，并且其理论能量密度为2600Wh/kg。由于锂硫电池的理论能量密度比目前所研究的其它电池系统的理论能量密度高得多(Ni-MH电池：450Wh/kg；Li-FeS电池：480Wh/kg；Li-MnO₂电池：1000Wh/kg；Na-S电池：800Wh/kg)，因此锂硫电池是迄今为止开发的二次电池中能够实现高容量、高能量密度和长寿命的电池。

在锂硫电池的情况下，当对其进行放电时，分别在正极处进行其中硫接受电子的还原反应并且在负极处进行其中锂被离子化的氧化反应。在对锂硫电池进行放电期间，在正极处会产生多硫化锂(Li₂S_x，x＝2～8)，并且这些多硫化锂会溶解在电解质中并且扩散到负极中，从而不仅会引起各种副反应，而且还会降低参与电化学反应的硫的容量。此外，在充电过程中，多硫化锂会引起穿梭反应，从而显著降低充电/放电效率。

为了解决上述问题，已经提出了添加具有吸附硫的性能的添加剂的方法，但是该方法引起了劣化问题并且因此新产生了电池的额外副反应。因此，为了延迟正极活性材料(即硫)的溶出，已经提出了添加金属硫属化物、氧化铝等或用氧化碳酸盐等涂布表面的方法。然而，在这些方法的情况下，不仅在加工期间会损失硫或方法复杂，而且能够添加的活性材料(即硫)的量(即负载量)也受到限制。

因此，已经提出了各种技术来解决锂硫电池中多硫化锂的问题。

例如，韩国专利申请公布第2016-0046775号公开了可以在包含硫碳复合物的正极活性部分的表面的一部分上设置由两亲性聚合物构成的正极涂层以在抑制多硫化锂的溶出的同时促进锂离子的迁移，从而改善电池的循环特性。

此外，韩国专利申请公布第2016-0037084号公开了通过在含有硫的碳纳米管集合体上涂布石墨烯，可以防止多硫化锂溶出并且可以增加硫碳纳米管复合物的电导率和硫的负载量。

这些专利通过在正极上引入涂层并且由此防止硫的流出而已经在一定程度上改善了锂硫电池的性能或寿命劣化的问题，但是效果不够。此外，本身用作保护膜的涂层充当了电阻层，并且电解质中锂离子的路径被延长或阻挡，从而不能确保足够的性能改善效果。因此，对于锂硫电池的商业化，多硫化锂的问题是首先要解决的挑战。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利申请公布第2016-0046775号(2016年4月29日)，锂硫电池用正极和其制备方法。