[发明专利]一种复合隔膜、制备方法及应用

说明书

本发明属于锂金属二次电池技术领域，提供了一种复合隔膜、制备方法及应用，将立方体CaTiO3粉体与Na2EDTA分散到水和乙二醇组成的混合溶剂中，经过加热反应一段时间，然后经过离心洗涤干燥，得到Microboxes‑TiO2粉体；将Microboxes‑TiO2粉体与CNT分散在有机溶剂中，得到分散均匀的悬浊液；将悬浊液抽滤到预定基底隔膜上，干燥后得到复合隔膜。该复合隔膜能够作为隔膜应用到锂硫电池中。本发明通过Na₂EDTA辅助离子交换反应，简单有效的获得了一种Microboxes‑TiO₂粉体，然后将其与CNT混合抽滤成复合隔膜应用到锂硫电池中。交叉分布的CNT能够很好的承载Microboxes‑TiO₂粉体，利用Microboxes‑TiO₂粉体独特的立方体中空结构，对聚硫具有很强的化学吸附能力，能够很好地抑制聚硫的穿梭效应，在长循环后，仍然保持了很高的比容量。

技术领域

本发明属于锂金属二次电池技术领域，具体涉及一种复合隔膜、制备方法及应用。

背景技术

随着电子设备和电动汽车等对二次电池高比容量和高的循环稳定性的需求的日益增长，锂硫(Li-S)电池凭借其无可比拟的优势脱颖而出。Li-S电池中由低毒、价格低廉的硫作为正极，低电化学电位(-3.040V对标准氢电极)和较小的重量密度(0.534g cm^-3)的金属锂作负极。硫(1675mAh g^-1)和金属锂(3860mAh g^-1)的高的理论比容量，使Li-S电池拥有2600Wh kg^-1的理论能量密度，是传统锂离子电池的5-10倍而成为下一代高比能量的二次电池，被认为是商业锂离子电池最有潜力的替代品之一。

然而，由于硫及其放电产物电导率低，循环过程中体积变化大，以及充放电过程中产生的多硫化锂(LiPS)会溶解扩散到有机液体电解质中，通过隔膜在硫正极和锂金属负极之间来回穿梭，产生“穿梭效应”导致活性物质的损失，容量迅速衰减，库仑效率和循环稳定性的降低等问题，极大地阻碍了锂硫电池的实际应用。

在电池结构中，隔膜系统是重要的组成部分，通过改变隔膜结构和组成是从商业角度提升锂硫电池性能的重要手段。目前，Celgard公司生产的聚丙烯(PP)隔膜因为具有良好的化学稳定性和机械强度被广泛商业化应用。但是，传统的隔膜无法阻止Li-S电池中LiPS“穿梭效应”的发生，如果找到合适的材料可以在传统隔膜表面张开一张“网”，即能捕获LiPS链状分子又能使Li⁺自由通过，这个问题将可以得到很好的解决。

在中国专利“覆碳隔膜锂硫电池的制备方法”(授权号：CN105633471A)中陈振宇用PVDF做粘结剂，将比表面积为2100m² g^-1的活性炭和SP混成浆料涂覆在隔膜上，刮涂的方式大幅减小了锂硫电池中碳膜的厚度，碳的高导电性能够提高Li⁺的通过速率，提升锂硫电池的性能，降低成本。但是此方法不但原料损耗较多，而且碳材料对LiPS的吸附能力有限，在循环20圈以后放电比容量仅为750mAh g^-1。许多研究表明二氧化钛对LiPS具有优异的吸附性能。在中国专利“一种纳米硫/氮掺杂二氧化钛复合正极材料的制备方法”(授权号：CN107749473 A)中张永光制备出混合均匀，形貌尺寸均一的纳米级别的硫/氮掺杂二氧化钛应用在锂硫电池中，利用二氧化钛对LiPS优异的吸附性能，有效地抑制多硫化物的溶解和穿梭效应，减少活性物质损失，从而改善循环性能，提高放电比容量，增强锂硫电池的电化学性能。但此方法制备的二氧化钛形貌简单，吸附位点不足，不高的本征电导率限制了二氧化钛在锂硫电池中的应用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种复合隔膜、制备方法及应用。