[发明专利]一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法，改性隔膜包括隔膜基体，隔膜基体表面涂覆有导电涂层，导电涂层包括导电骨架以及负载于导电骨架的多硫化物吸附剂和催化剂；导电骨架主要由零维导电碳材料、一维导电碳材料和二维导电碳材料制备得到，其具有微孔结构。制备方法包括以下步骤：将多硫化物吸附剂、零维导电碳材料、一维导电碳材料、二维导电碳材料、催化剂、高分子聚合物、纯水和极性有机溶剂混匀，得改性隔膜浆料，涂覆在隔膜基底上，得到涂覆隔膜，转移至纯水中静置，将去除溶剂的涂覆隔膜进行干燥。本发明锂硫电池改性隔膜可延长多硫化物迁移路径，并能有效抑制多硫化物在锂硫电池隔膜中的穿梭，提高锂硫电池的循环性能。

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

锂硫电池由于原料来源丰富，价格低廉，同时还拥有较高的理论能量密度(1675mAh·g^-1)、能量密度(2600Wh·Kg^-1)，被认为是最可能替代锂离子电池的二次电池。但是，锂硫电池充放电过程中不可避免的生成可溶解在电解液中的多硫化物。溶解的多硫化物通过隔膜扩散到锂负极并与金属锂发生副反应，导致活性物质的损失和金属锂的腐蚀，显著降低了锂硫电池的充放电容量、倍率性能和循环寿命。锂硫电池充放电过程中，多硫化物在正极被氧化，但在实际过程中，多硫化物往往由于浓度差而通过隔膜扩散到锂金属表面发生还原，随后又再次扩散到正极表面重新被氧化成多硫化物，从而形成一种正极氧化负极还原的恶性循环过程，这就是“穿梭效应”。穿梭效应使得锂硫电池活性物质减少和库伦效率下降。

隔膜作为锂硫电池重要组成部分之一，具有防止正负极短路、提供锂离子迁移通道的作用。在锂硫电池充放电过程中，溶解的多硫化物通过隔膜的孔道进行往复穿梭，导致电池性能下降。因此，通过对隔膜进行改性能够抑制多硫化物在隔膜间的穿梭，降低穿梭效应带来的负面影响，从而提高电池的循环寿命和充放电效率。

目前，锂硫电池改性隔膜的主要设计思路是通过减小隔膜的孔径或涂覆多硫化物吸附材料的方法。理论上，减小隔膜孔径可完全阻隔多硫化物，但是也大大降低了隔膜的离子电导率，使电池的倍率性能降低。涂覆具有吸附多硫化物能力的材料可对多硫化物进行吸附，涂层在一定程度上降低了多硫化物穿梭的能力，但是涂层材料对多硫化物的吸附能力有限，而且致密的涂层也在一定程度上降低了隔膜的离子电导率，对穿梭效应的抑制作用不明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法，隔膜基体上的导电涂层具有微孔结构，可延长多硫化物迁移路径，且涂层能够吸附多硫化物的同时，负载的催化剂也能够有效催化多硫化物，有效抑制多硫化物在锂硫电池隔膜中的穿梭，提高锂硫电池的循环性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:

一种锂硫电池改性隔膜，包括隔膜基体，所述隔膜基体的一侧或两侧表面上涂覆有导电涂层，所述导电涂层包括导电骨架以及负载于所述导电骨架的多硫化物吸附剂和催化剂；所述导电骨架主要由零维导电碳材料、一维导电碳材料和二维导电碳材料制备得到，其具有微孔结构。

本发明中的导电涂层具有微孔结构，可延长多硫化物迁移路径。导电骨架上负载的多硫化物吸附剂，将其分散在导电涂层中，提供了大量多硫化物吸附活性位点，增强导电材料层中的吸附效果，可有效抑制多硫化物的穿梭。在此基础上，负载的催化剂可对三苯基膦吸附的多硫化物迅速催化反应，有效减少多硫化物存在。

本发明在导电涂层中同时加入零维导电碳材料、一维导电碳材料、二维导电碳材料，构建点线面体系结构的导电骨架。其中，零维导电材料的微观结构类似于一个颗粒，导电方式是点与点之间导电；一维导电材料的微观结构类似于一段段的线条，导电方式是线与线之间的导电；二维导电材料微观结构类似于一个立体的球体或者柱体，导电方式相当于面导电，零维导电好分散，容易与涂层中的基体接触，然后通过与一维和二维的相互连接等，形成导电骨架，更好实现导电效果。