[发明专利]凝胶态电池隔膜及其制备方法、锂硫电池

说明书

本发明揭示了一种凝胶态电池隔膜及其制备方法、锂硫电池，其中，凝胶态电池隔膜包括基膜以及凝胶层，凝胶层涂覆在基膜上，凝胶层的材质为聚氧化乙烯‑尿素凝胶。凝胶态电池隔膜的方法，包括以下步骤：将聚氧化乙烯溶液与尿素溶液混合搅拌，进行键合反应，制得聚氧化乙烯‑尿素溶液，将聚氧化乙烯‑尿素溶液涂覆在基膜上，烘干，形成凝胶层；制得凝胶态电池隔膜。本申请通过凝胶层中聚氧化乙烯中的羟基和尿素中的氨基相互键合，形成氢键络合物，氢键使得凝胶层结构更稳定，从而抑制锂硫电池中多硫化物的“穿梭效应”，以提高电池的循环稳定性，并且该络合物在电解液中会发生溶胀，形成凝胶态的电池隔膜，从而提高电池隔膜的吸液率和持液率。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体地，涉及一种凝胶态电池隔膜及其制备方法、锂硫电池。

背景技术

由于锂硫电池的正极活性材料(元素硫)价格便宜，来源广泛且对环境友好，使其成为继锂离子电池之后最有前途的储能系统之一。锂硫电池的主要结构为包括采用单质硫的正极、采用金属锂的负极、电解液以及隔膜，其中，正极主要包括活性物质硫、导电添加剂、粘合剂以及集流体，活性物质硫、导电添加剂以及粘合剂均匀涂覆在集流体上。但是，硫作为锂硫电池的正极活性物质，其导电率极低，在25℃下导电率为5*10-30S/cm，导致活性物质硫的利用率降低，使得锂硫电池电池循环性能低、电化学可逆性差容量衰减快。

中国专利CN103840199A公开了一种PEO基凝胶聚合物电解质膜的制备方法，该方法采用PEO(聚氧化乙烯)、有机溶剂和造孔剂为原料，制备出PEO基凝胶聚合物电解质膜。但是这种膜的稳定性较差，只适用于锂电池中，由于在锂硫电池中存在“穿梭效应”，不稳定的凝胶结构容易导致多硫化物从正极穿过凝胶物质进入负极中，从而导致容量的快速衰减。另外，参照图1，图1为聚氧化乙烯膜溶胀后部分被溶解的图片，单纯的PEO薄膜浸泡在锂硫电池的电解液中，会出现先溶胀后溶解的现象，导致锂硫电池的吸液率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种凝胶态电池隔膜及其制备方法、锂硫电池。

本发明公开的一种凝胶态电池隔膜包括基膜以及凝胶层，凝胶层涂覆在基膜上，凝胶层的材质为聚氧化乙烯-尿素凝胶。

一种制备上述的凝胶态电池隔膜的方法，包括以下步骤：

将聚氧化乙烯溶液与尿素溶液混合搅拌，进行键合反应，制得聚氧化乙烯-尿素溶液，键合反应如下式(Ⅰ)所示：

将聚氧化乙烯-尿素溶液涂覆在基膜上，烘干，形成凝胶层；

制得凝胶态电池隔膜。

根据本发明一实施方式，聚氧化乙烯-尿素溶液中，聚氧化乙烯与尿素的质量比为1：(0.2-1.75)。

根据本发明一实施方式，步骤将聚氧化乙烯溶液与尿素溶液混合搅拌之前，还包括以下步骤：

制备聚氧化乙烯溶液。

根据本发明一实施方式，制备聚氧化乙烯溶液包括以下子步骤：

称取2g聚氧化乙烯，量取98mL去离子水；

将氧化乙烯与去离子水混合，搅拌至完全溶解；

得到聚氧化乙烯溶液。

根据本发明一实施方式，步骤将聚氧化乙烯溶液与尿素溶液混合搅拌之前，还包括以下步骤：

制备尿素溶液。

根据本发明一实施方式，制备聚氧化乙烯溶液包括以下子步骤：

称取2g尿素，量取8mL去离子水；

将尿素与去离子水混合；

得到尿素溶液。