[发明专利]一种功能隔膜及其制备和在锂硫电池中的应用

说明书

本发明属于锂硫电池材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池功能隔膜，其包括第一膜层和第二膜层，其中，第一膜层和第二膜层存在膜间隙；所述的第二膜层中包含聚合物基质以及分布在基质中的锂盐和添加剂，所述的添加剂为Li_7‑x‑3yLa₃Zr_2‑x‑zA_yB_xC_zO₁₂。本发明还提供了所述的材料的制备、应用和制得的锂硫电池及其电芯。本发明研究发现，在第二膜层中以PVDF‑HFP为基质，并分散有锂盐和所述的添加剂，再和第一膜层联合，进一步配合二者间隙配合的结构特征，能够产生协同，能够有效的改善多硫化物的穿梭问题，不仅如此，还能够缓解体积膨胀效应和增强结构稳定性。

技术领域

本申请属于锂硫电池的电池材料领域，涉及一种锂硫电池聚合物中间层材料的制备方法，并应用于锂硫电池。

背景技术

随着能源领域的需求增加，高能量密度的能量储存装置的发展，新能源市场对于电化学储能设备的需求越来越大。但是当前使用范围最广的锂离子电池存在能量密度不够高和成本高的缺点，因此开发功率密度大、能量密度高、成本低的储能设备是关键。

锂硫电池由于其较高的理论比容量(1675mAh/g)和理论能量密度(2600Wh/kg)受到关注，同时单质硫的价格低廉且对环境友好，因此被认为是最有可能成为的下一代商业化的大规模储能体系。

不过锂硫电池仍然存在一些缺陷，(1)单质硫作为正极材料其电子电导率较低，本身的导电性差限制了活性材料的应用，因而导致了较低的放电比容量和低的倍率性能。(2)穿梭效应，在锂硫电池充放电的过程中，会生成大量的中间产物即多硫化锂，同时多硫化锂会在醚类电解液中具有较高的溶解度，导致有大量的活性物质不可逆的损失和低的库伦效率。(3)体积膨胀，由于硫在充电过程中会生成不溶的硫化锂，硫化锂的密度比硫小，导致了正极处发生体积膨胀，体积膨胀率最大可达到80％，给电池的循环性能造成一定影响。

针对这些问题，研究人员提出了多层次多角度的解决方案，通常导电性差的问题可以通过将单质硫和导电性较好的碳材料复合，改善碳材料的孔结构可一定程度上缓解体积膨胀，采用在正极材料上负载氮等通过物理吸附或化学吸附的方式抑制穿梭效应。但这些都仍存在一定的问题未能完全解决，或制备方式困难不易于大规模制备。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明第一目的在于，提供一种锂硫电池功能隔膜，旨在改善锂硫电池多硫化物穿梭以及结构稳定性不理想的问题。

本发明第二目的在于，提供所述的功能隔膜的制备方法。

本发明第三目的在于，提供装配有所述的功能隔膜的锂硫电池电芯、锂硫电池及其组装方法。

一种锂硫电池功能隔膜，包括第一膜层和第二膜层，其中，第一膜层和第二膜层存在膜间隙；

所述的第二膜层中包含聚合物基质以及分布在基质中的锂盐和添加剂，所述的添加剂为具有式1化学表达式的化合物：

Li_7-x-3yLa₃Zr_2-x-zA_yB_xC_zO₁₂；

式1

其中，A选自Al、Ga、中的至少一种，B选自Ta、Nb的至少一种，C选自Ge、Ti的至少一种；x大于0小于等于1，y为0～0.4，z为0～1；

所述的第二膜层的聚合物基质材料为PVDF-HFP。