[发明专利]一种细菌纤维素复合锂硫电池隔膜

说明书

本发明公开了一种细菌纤维素复合锂硫电池隔膜，该隔膜是在细菌纤维素的网状结构中填充羟基葫芦脲获得改性细菌纤维素膜，再于改性细菌纤维素膜表面涂覆过渡金属硫化物改性二氧化硅制备获得；该隔膜具有较高的孔隙率、离子电导率和吸液率，应用于锂硫电池，还能有效地抑制锂硫电池循环过程中多硫化物的“穿梭效应”；有望应用于锂硫电池隔膜，能有效提高电池的充放电倍率循环性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池材料领域，具体涉及一种细菌纤维素复合锂硫电池隔膜。

背景技术

锂硫电池具有较高的理论比容量(1672mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)，且其活性物质硫具有资源丰富、价格低廉及环境友好等优点，作为一种具有良好应用前景电池体系在新能源领域受到广泛关注；

隔膜是锂硫电池的重要组成部分，用于阻隔正负极，防止两极直接接触而发生短路。隔膜允许锂离子通过，并阻止电子流过，完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的传输。隔膜在维持电池正常的能量交换，防止电池短路方面具有重要作用；隔膜决定了锂离子电池的界面结构、内阻、电池容量等，其性能可以影响电池的充放电循环性能、使用寿命和安全性能等。

目前，市面常用的隔膜为聚烯烃隔膜，由于聚烯烃材料本身疏液表面和低的表面能以及较低的孔隙率导致隔膜对电解液的浸润性较差，而阻碍了锂离子的迁移不利于大电流的充放电；热稳定性能较差；温度过高时隔膜会发生严重的热收缩，而造成电池短路；另外，在锂硫电池中，由于正极硫在充放电过程中逐渐被还原为可溶解的多硫化物，溶解的多硫化物与锂负极发生反应造成锂负极腐蚀而影响电池的循环稳定性；因此研究解决多硫化物的溶解和扩散问题，抑制锂硫电池的“穿梭效应”，有望提高锂硫电池的综合性能。

细菌纤维素是一种由细菌产生的细胞外纤维素，其作为一种生物纳米纤维具有相互交联的纳米网络结构和良好的机械强度，还具有高吸液性和保水性，在电池隔膜应用领域受到广泛关注，目前现有研究的细菌纤维素隔膜具有离子电导率低，干燥造成隔膜的孔隙变小而对电解液的吸液率不佳，且机械强度降低限制其在电池隔膜领域的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种细菌纤维素复合锂硫电池隔膜，该隔膜是在改性细菌纤维素膜表面涂覆过渡金属硫化物制备获得，该隔膜具有较高的孔隙率、离子电导率和吸液率，还具有较高的耐收缩性能，应用于锂硫电池，能有效抑制“穿梭效应”的发生，有望提高锂硫电池的充放电倍率循环性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种细菌纤维素复合锂硫电池隔膜，其是在细菌纤维素的网状结构中填充羟基葫芦脲获得改性细菌纤维素膜，再于改性细菌纤维素膜表面涂覆过渡金属硫化物改性二氧化硅制备获得；具体方法包括以下步骤：

(1)改性细菌纤维素膜的制备：

将具有细菌纤维素生产能力的细菌的活化菌种接种到发酵培养基中进行培养，发酵结束后收集得到细菌纤维素膜，细菌纤维素膜经纯化后冷冻干燥获得海绵状细菌纤维素膜；

将海绵状细菌纤维素膜浸泡于羟基葫芦脲混合溶液中，经超声处理获得改性细菌纤维素膜；

(2)复合隔膜的制备

在步骤(1)获得湿改性细菌纤维素膜一侧或两侧表面涂覆过渡金属硫化物改性二氧化硅浆料，经真空处理后干燥获得复合隔膜；

优选地，所述的海绵状细菌纤维素膜的厚度为40-50μm；所述细菌纤维的直径为200-500nm；

优选地，所述的羟基葫芦脲的混合溶液为：羟基葫芦脲分散于聚乙二醇溶液中；混合溶液中羟基葫芦脲的质量浓度为2-3wt％，聚乙二醇的质量浓度为1wt％；

优选地，所述的海绵状细菌纤维素膜与羟基葫芦脲的混合溶液的质量比为1:8-9；