[发明专利]电池隔膜修饰层材料、隔膜及锂硫电池

说明书

本发明涉及一种电池隔膜修饰层材料、隔膜及锂硫电池，所述的电池隔膜修饰层材料是由硒掺杂的硫化聚丙烯腈Se_0.06SPAN和蒙脱土MMT构成的插层复合材料，其中，硒掺杂的硫化聚丙烯腈和蒙脱土的质量比为（1‑5）:1；硒掺杂的硫化聚丙烯腈中，硫和硒的质量比为1:（10‑20）。上述电池隔膜修饰层材料具有电化学活性的、能有效限制多硫离子穿梭，且同时具有催化多硫离子转换能力。采用本发明设计的隔膜的锂硫电池具有优异的循环稳定性；且隔膜在高硫负载的条件下具有高的面容量，可重复循环使用，具有良好的应用效果。

技术领域

本发明涉及一种具有电化学活性的隔膜修饰层，以及该修饰层修饰的隔膜和锂硫电池。

背景技术

锂硫电池采用硫为正极、金属锂做负极，具有很高的理论能量密度（2600 Wh kg^-1），是现阶段有望实现商业化的高比能二次电池之一。然而，锂硫电池中由于多硫离子可溶于电解液，造成穿梭效应，严重影响电池性能。针对这一问题，通常将硫与具有吸附作用的材料（如碳材料）复合，以固载多硫离子。通过采用具有吸附或阻挡作用的材料修饰隔膜来阻挡多硫离子的穿梭，对于阻挡多硫离子是有效的，但同时增加了没有容量贡献的材料的重量，显然不利于锂硫电池能量密度的提高。

因此，研发一种电化学活性新型隔膜修饰材料，使其抑制或消除穿梭效应的同时，也能够参与与锂的反应而具有容量贡献对于发展高能锂硫电池具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种电池隔膜修饰层材料、隔膜及锂硫电池，至少能够在不降低相应能量密度的情况下，解决锂硫电池中多硫离子的穿梭问题。

根据本发明的一个方面，提供一种电池隔膜修饰层材料，是由硒掺杂的硫化聚丙烯腈Se_0.06SPAN和蒙脱土MMT构成的插层复合材料，其中，硒掺杂的硫化聚丙烯腈和蒙脱土的质量比为（1-5）:1；硒掺杂的硫化聚丙烯腈中，硫和硒的质量比为1:（10-20）。

进一步地，硒掺杂的硫化聚丙烯腈（Se_0.06SPAN）直径为100-200 nm的小球，蒙脱土（MMT）为层间距在1.5-3 nm之间的片层材料，其中片层材料的尺寸在微米级别。

根据本发明的另一方面，提供制备以上所述的电池隔膜修饰层材料的方法，包括：

步骤一，对蒙脱土进行有机改性，

步骤二，丙烯腈在上述有机改性后的蒙脱土层间原位聚合形成聚丙烯腈/蒙脱土插层复合材料PAN/MMT；

步骤三，S和Se的混合物经热处理后制备获得硒掺杂硫Se_0.06S；

步骤四，将步骤三获得的Se_0.06S和步骤二获得的PAN/MMT混合研磨，得到的混合物热处理后得到所述的电池隔膜修饰层材料Se_0.06SPAN/MMT。

进一步地，步骤一中，对蒙脱土进行有机改性的方法包括以下步骤：

步骤一-（1），将蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵（CATB）分别溶于去离子水中；

步骤一-（2），通过蠕动泵将十六烷基三甲基溴化铵溶液缓慢加入蒙脱土的溶液中获得混合液；

步骤一-（3），将步骤一-（2）中获得的混合液放置于70℃的水浴锅中搅拌4小时，以使离子交换过程充分完成；

步骤一-（4），将步骤一-（3）中所得的离子交换产物用水和乙醇离心洗涤数次，直到用硝酸银在洗涤液中检验不到溴离子为止；

步骤一-（5），将步骤一-（4）中洗涤完的产物放入烘箱中烘干后研磨备用。

进一步地，步骤二中，具体包括：