[发明专利]一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法

说明书

本发明属于新能源材料与器件技术领域，尤其涉及一种锂硫电池改性隔膜，包括隔膜基体和铺设在隔膜基体一侧表面的改性层，改性层包括至少两层CNTs层以及至少两层CeO_2‑x/C层，CNTs层和CeO_2‑x/C层交替铺设在隔膜基体的一侧表面且CNTs层与隔膜基体接触。以间苯三甲酸和硝酸铈为原料制备得到铈基金属有机框架材料Ce‑MOF，再将其在氩气气氛中进行煅烧得到富含氧空位的CeO_2‑x/C材料，然后将活化CNTs和CeO_2‑x/C材料逐层交替抽滤在商用电池隔膜基体的一侧表面，获得用于锂硫电池的改性隔膜。该改性隔膜能够有效抑制锂硫电池穿梭效应，大幅提升电池的比容量、库伦效率和循环寿命，适用于规模化生产。

技术领域

本发明属于新能源材料与器件技术领域，尤其涉及一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法。

背景技术

开发清洁新能源及发展高效储能技术是解决当前人类社会发展所面临的能源和环境问题的必然选择。现有储能电池体系中，锂离子电池(LIBs)以能量密度高、循环性能好受到广泛关注，并已在各类储能示范工程中广泛应用，然而其能量密度已接近理论极限，不能满足日益增长的电池能量需求，因此亟需开发新一代能量密度高、循环寿命长、安全性能好的电池体系。

锂硫电池(LSBs)是一种以硫为正极活性物质，金属锂为负极的新型二次电池，拥有高达1675mAh g^-1和2600Wh kg^-1理论比容量和比能量，并且硫储量丰富、价格低廉、环境友好。近年来，锂硫电池已成为电化学储能领域研究热点并被认为是极具开发潜力和应用前景新一代电池技术。

然而，硫和放电终产物导电性差，可溶性多硫化物溶解穿梭以及充放电电极体积膨胀等造成了活性物质利用率低、容量迅速衰减、电极结构破坏等问题，严重阻碍了锂硫电池的发展。为解决以上问题，研究人员从硫正极、锂负极、电解液、隔膜等方面开展研究，取得了诸多有意义的研究进展。

隔膜是锂硫电池的重要组成部分之一，承担着隔绝电子导通离子的作用，其性能优劣会直接影响电池的整体性能。目前，锂硫电池隔膜通常为聚丙烯、聚乙烯(PP/PE)等非极性薄膜，这种隔膜无法阻止溶解在电解液中的多硫化物在正负极之间的穿梭。

最近，研究者提出在传统隔膜上添加改性层来阻止多硫化物在两极之间穿梭。中国专利CN201610779324.9公开了一种锂硫电池隔膜以及锂硫电池，该种锂硫电池隔膜包括隔膜基底以及功能层，所述功能层覆盖在所述隔膜基底表面，所述功能层包括至少两层碳纳米管层以及至少两层氧化石墨烯复合层，该至少两层碳纳米管层和至少两层氧化石墨烯复合层相互层叠交替设置，所述氧化石墨烯复合层包括多个氧化石墨烯片以及多个二氧化锰纳米颗粒，所述多个氧化石墨烯片相互搭接，所述多个二氧化锰纳米颗粒均匀的吸附在所述氧化石墨烯片上，该发明进一步提供一种包括上述锂硫电池隔膜的锂硫电池。

然而，目前研究和开发的复合隔膜大多基于物理和/或化学吸附的原理来限制充放电过程中的多硫离子穿梭，对于电池整体性能提升的效果有限。因此，研发一种性能优异的复合隔膜来高效抑制多硫化物穿梭效应，提高锂硫电池电化学性能是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法，该改性隔膜能够有效抑制锂硫电池穿梭效应，大幅提升电池的比容量、库伦效率和循环寿命，适用于规模化生产。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂硫电池改性隔膜，包括隔膜基体和铺设在隔膜基体一侧表面的改性层，所述的隔膜基体为普通商用电池隔膜基体，所述的改性层包括至少两层CNTs层以及至少两层CeO_2-x/C层，所述CNTs层和CeO_2-x/C层交替铺设在所述隔膜基体的一侧表面且CNTs层与隔膜基体接触，CeO_2-x/C层中CeO₂以非化学计量比的状态存在，其中0.1x0.3。