[发明专利]锂硫电池用修饰隔膜及包含该隔膜的锂硫电池

说明书

本发明公开了一种锂硫电池用隔膜及包含该隔膜的锂硫电池。一种锂硫电池用修饰隔膜，所述修饰隔膜采用商用电池隔膜为骨架，所述商用电池隔膜靠近正极一侧涂覆厚度为50 nm‑10μm的修饰涂层，所述修饰涂层为磷酸锂、锂单离子导体聚合物与粘结剂的混合物，其中，所述锂单离子导体聚合物为甲基丙烯酸六氟丁酯‑烯丙基磺酸锂、甲基丙烯酸六氟丁酯‑2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸锂中的一种。本发明通过在隔膜表面涂覆磷酸锂与锂单离子导体聚合物混合浆料，使隔膜表面形成致密的修饰涂层，锂离子在修饰隔膜体相内传递，有效抑制了多硫化锂的穿梭，改善了电池的循环稳定性，且制备工艺简单可控、经济环境友好，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂硫电池用修饰隔膜、制备方法以及包含该隔膜的锂硫电池。

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“脱嵌”理论的锂离子电池，其理论比容量目前小于300 mA h g^-1，实际能量密度小于200 Whkg^-1，远不能满足人们对电动汽车500 km续航的需求。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，可以放出很高的比容量(1675 mAh g^-1),理论比能量也高达2600Wh kg^-1，同时，活性物质硫具有自然丰度大，成本低，低毒，环境友好等优点，因此，锂硫电池被认为是可替代锂离子电池的新型二次电池之一，具有良好的应用前景。

然而，Li-S电池的商业化应用仍存在一些技术挑战，如固体硫化物的绝缘性，可溶性长链多硫化物的穿梭效应以及充放电期间硫的体积变化大等。这些问题通常导致硫的利用率低，循环寿命差，甚至一系列安全问题。如何大幅提高Li-S电池的实际能量密度和循环稳定性已成为当前研究的热点之一。

隔膜是锂硫电池的重要组成之一，其作用是导通离子传输并防止电池短路。商业化PP 隔膜，由于其孔径较大，多硫化物能够较容易地通过，因而不能有效地抑制多硫化物的扩散和穿梭。近年来，部分学者在不改变锂硫电池主体结构的的基础上，适当改变锂硫电池局部结构使得电化学性能提高，为高比能高循环稳定性的锂硫电池发展开辟新的方向。《先进功能材料》杂志（2015，25，5285-5291）介绍了隔膜上涂覆多孔碳，可有效提高锂硫电池的循环寿命。专利（CN10439322A）公开了一种金属有机框架物改性隔膜的锂硫电池，取得了较好的效果。但此类改性方法，锂离子传递仍需要穿过隔膜进行电化学反应（液相传递），锂离子传递过程中，多硫根离子会跟随锂离子穿过隔膜，因此，只能在一定程度上缓解穿梭效应，不能根本消除。

发明内容

为了进一步改善锂硫电池存在的问题，本发明旨在提供一种锂硫电池用修饰隔膜，所述修饰隔膜通过隔膜内体相导锂有效抑制多硫化锂穿梭，实现锂硫电池的高充放电比容量、高循环稳定性。

为实现上述目的之一，本发明采用的技术方案如下：

一种锂硫电池用修饰隔膜，所述修饰隔膜采用商用电池隔膜为骨架，所述商用电池隔膜靠近正极一侧涂覆厚度为50 nm-10 μm的修饰涂层，所述修饰涂层为磷酸锂、锂单离子导体聚合物与粘结剂的混合物，其中，所述锂单离子导体聚合物为甲基丙烯酸六氟丁酯-烯丙基磺酸锂、甲基丙烯酸六氟丁酯-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂中的一种。

优选，所述磷酸锂与锂单离子导体聚合物的质量比为0.25~9：1，所述磷酸锂、锂单离子导体聚合物的混合物与粘结剂的质量比为2~19：1。

优选，所述商用电池隔膜为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺或玻璃纤维隔膜中的一种。

优选，所述磷酸锂粒径为100 nm-1μm。

优选，所述修饰涂层中粘结剂为聚偏二氟乙烯（PVDF）、丁苯橡胶（SBR）、羟甲基纤维素钠（CMC）、聚乙烯醇、聚四氟乙烯（PTFE）中的一种或二种以上。