锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法，涉及隔膜技术领域，所述锂硫电池隔膜包括支撑膜，所述支撑膜上复合有掺氮碳吸附‑导电涂层，所述锂硫电池隔膜的制备方法包括如下步骤：将掺氮碳吸附‑导电涂层涂覆于支撑膜上，干燥后，得到锂硫电池隔膜，缓解了传统的隔膜对于多硫离子基本上是没有阻挡作用，无法阻挡多硫化物溶出和穿梭现象的技术问题，通过在支撑膜上复合有掺氮碳吸附‑导电涂层，使得多硫化物能够被吸附在隔膜上，进行强导电性转化，抑制多硫化物的“穿梭效应”，并降低界面反应阻力，有效回收正极与隔膜界面处的溶出硫，提高正极活性物质利用率，限制多硫化物的跨膜扩散，从而提高锂硫电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法
本专利技术涉及隔膜
，尤其是涉及一种锂硫电池隔膜及其制备方法、锂硫电池及其制备方法。
技术介绍
随着能源危机和环境污染的日益加重，具有优良性能的可充电电池已经成为解决上述问题的重要手段之一。锂离子电池具有较好的循环寿命，较高的工作电压以及较少的污染等优点，因此锂离子电池得到了越来越广泛的应用。然而，较低的电池能量密度、较高的电池成本以及电池的安全性等问题限制了锂离子电池在电动车和大型储能器材等方面的应用。研究具有高能量密度、长循环寿命、良好的安全性以及低成本的高性能电池已经成为当务之急。为了满足社会的需求，发展具有高能量密度和高安全性的下一代二次电池迫在眉睫。近年来锂硫电池因其具有较高的能量密度、较低的制备成本以及较高的安全性而极大地引起了社会的关注。它的理论能量密度高达2600Wh/kg，远远高于现在商业化的锂离子电池。但是锂硫电池反应体系非常复杂，在充放电过程中的多硫化锂中间产物溶于电解液，会造成正极活性物质损失，导致电池容量衰减，同时多硫化物到达负极后会与金属锂发生氧化还原反应，形成“穿梭效应”，降低体系的库仑效率。但是目前商用的聚乙烯或聚丙烯隔膜为了保证较高的锂离子传导率，具有比较高的孔隙率和较大的微孔直径，而多硫离子的直径是小于1nm的，所以传统的隔膜对于多硫离子基本上是没有阻挡作用，无法阻挡多硫化物溶出和穿梭现象。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种锂硫电池隔膜，以对多硫离子进行阻挡，减少多硫化物溶出和穿梭现象。本专利技术提供的锂硫电池隔膜，包括支撑膜，所述支撑膜上复合有掺氮碳吸附-导电涂层。进一步的，所述掺氮碳吸附-导电涂层主要由掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂制成；优选地，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂的质量比为(80-99)：(1-20)。进一步的，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯主要由纳米多孔碳、石墨烯和碳纳米管制成；优选地，所述纳米多孔碳、石墨烯和碳纳米管的质量比为(1-2)：(2-3)：(1-2)。进一步的，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯主要由胺基修饰纳米多孔碳、羧基化石墨烯和羧基化碳纳米管制成；优选地，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯材料的制备方法包括如下步骤：将胺基修饰纳米多孔碳、羧基化石墨烯和羧基化碳纳米管混合，进行缩合反应，得到掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯；优选地，缩合反应在活化剂作用下进行；优选地，所述活化剂选自N-羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺或N,N’二环己基碳二亚胺中的至少一种。进一步的，所述胺基修饰纳米多孔碳的制备方法包括如下步骤：(a)将纳米多孔碳羧基化，得到羧基化纳米多孔碳；(b)将羧基化纳米多孔碳酰氯化，得到酰氯化纳米多孔碳；(c)将酰氯化纳米多孔碳进行胺基修饰，得到胺基修饰纳米多孔碳；优选地，在步骤(a)中，先将纳米多孔碳与硫酸和硝酸的混合溶液进行回流，再将回流后的纳米多孔碳与硫酸和双氧水的混合溶液进行反应，回流得到羧基化纳米多孔碳；优选地，在步骤(b)中，将羧基化纳米多孔碳与氯化亚砜溶解于有机溶剂中，进行反应，回流得到酰氯化纳米多孔碳；优选地，在步骤(c)中，将酰氯化纳米多孔碳与乙二胺溶解于有机溶剂中，反应，得到胺基修饰纳米多孔碳。进一步的，所述纳米多孔碳选自科琴黑、乙炔黑、介孔碳或碳分子筛中的至少一种；优选地，所述羧基化石墨烯选自单层羧基化石墨烯和/或双多层羧基化石墨烯；优选地，所述羧基化碳纳米管选自单壁羧基化碳纳米管和/或多壁羧基化碳纳米管。进一步的，所述支撑膜选自聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯/聚丙烯复合隔膜、双面涂覆粘合剂聚乙烯多孔膜、双面涂覆粘合剂聚丙烯多孔膜、聚酰亚胺隔膜或芳纶隔膜中的至少一种；优选地，所述支撑膜的厚度为16-25μm；优选地，所述掺氮碳吸附-导电涂层的厚度为4-10μm。本专利技术的目的之二在于提供上述锂硫电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：将掺氮碳吸附-导电涂层涂覆于支撑膜上，干燥后，得到锂硫电池隔膜；优选地，将掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂溶于溶剂中，制成浆料，将浆料涂覆于支撑膜上，干燥后，得到锂硫电池隔膜。本专利技术的目的之三在于提供一种锂硫电池，包括本专利技术提供的锂硫电池隔膜、硫正极片和锂负极片；优选地，所述硫正极片主要由正极材料涂覆于正极集流体上制备而成；优选地，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘合剂；优选地，所述正极活性材料为硫碳复合物和/或硫；优选地，所述锂负极片选自锂电极、锂碳电极、锂合金电极或改性包覆锂电极中的至少一种。本专利技术的目的之四在于提供上述锂硫电池的制备方法，包括如下步骤：将锂硫电池隔膜置于硫正极片和锂负极片之间，组装成卷芯，放入锂硫电池壳体中，注入电解液，密封，得到锂硫电池。本专利技术提供的锂硫电池隔膜，通过在支撑膜上复合有掺氮碳吸附-导电涂层，使得多硫化物能够被吸附在隔膜上，进行强导电性转化，抑制多硫化物的“穿梭效应”，并能够在正极与隔膜界面构建集流体结构，降低界面反应阻力，同时还能够吸附多硫化物，活化含硫组分，有效回收正极与隔膜界面处的溶出硫，提高了正极活性物质利用率，限制了多硫化物的跨膜扩散，从而提高了锂硫电池的循环性能。本专利技术提供的锂硫电池隔膜的制备方法，工艺简单，操作方便，能够适用于工业化大生产。本专利技术提供的锂硫电池通过采用本专利技术提供锂硫电池隔膜替代传统多微孔薄膜结构的隔膜，提高了正极活性物质利用率，限制了多硫化物的跨膜扩散，从而提高了锂硫电池的循环性能。本专利技术提供的锂硫电池的制备方法，工艺简单，操作方便，能够适用于工业化大生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例3提供的掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例11提供的锂硫软包电池和对比例8提供的锂硫软包电池充放电曲线；图3为本专利技术实施例3提供的锂硫软包电池和对比例2提供的锂硫软包电池的循环性能曲线。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种锂硫电池隔膜，包括支撑膜，支撑膜上复合有掺氮碳吸附-导电涂层。本专利技术提供的锂硫电池隔膜，通过在支撑膜上复合有掺氮碳吸附-导电涂层，使得多硫化物能够被吸附在隔膜上，进行强导电性转化，抑制多硫化物的“穿梭效应”并能够在正极与隔膜界面构建集流体结构，降低界面反应阻力，同时还能够吸附多硫化物，活化含硫组分，有效回收正极与隔膜界面处的溶出硫，提高了正极活性物质利用率，限制了多硫化物的跨膜扩散，从而提高了锂硫电池的循环性能。在本专利技术中，掺氮碳吸附-导电涂层含义为掺氮碳兼具吸附和导电功能的涂层。在本专利技术的一种优选实施方式中，掺氮碳吸附-导电涂层主要由掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池隔膜，其特征在于，包括支撑膜，所述支撑膜上复合有掺氮碳吸附‑导电涂层。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池隔膜，其特征在于，包括支撑膜，所述支撑膜上复合有掺氮碳吸附-导电涂层。2.根据权利要求1所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述掺氮碳吸附-导电涂层主要由掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂制成；优选地，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯和粘合剂的质量比为(80-99)：(1-20)。3.根据权利要求2所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯主要由纳米多孔碳、石墨烯和碳纳米管制成；优选地，所述纳米多孔碳、石墨烯和碳纳米管的质量比为(1-2)：(2-3)：(1-2)。4.根据权利要求3所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯主要由胺基修饰纳米多孔碳、羧基化石墨烯和羧基化碳纳米管制成；优选地，所述掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯的制备方法包括如下步骤：将胺基修饰纳米多孔碳、羧基化石墨烯和羧基化碳纳米管混合，进行缩合反应，得到掺氮多孔碳-碳纳米管-石墨烯；优选地，缩合反应在活化剂作用下进行；优选地，所述活化剂选自N-羟基琥珀酰亚胺、或1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺或N,N’二环己基碳二亚胺中的至少一种。5.根据权利要求3所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述胺基修饰纳米多孔碳的制备方法包括如下步骤：(a)将纳米多孔碳羧基化，得到羧基化纳米多孔碳；(b)将羧基化纳米多孔碳酰氯化，得到酰氯化纳米多孔碳；(c)将酰氯化纳米多孔碳进行胺基修饰，得到胺基修饰纳米多孔碳；优选地，在步骤(a)中，先将纳米多孔碳与硫酸和硝酸的混合溶液进行回流，再将回流后的纳米多孔碳与硫酸和双氧水的混合溶液进行反应，回流得到羧基化纳米多孔碳；优选地，在步骤(b)中，将羧基化纳米多孔碳与氯化亚砜溶解于有机溶剂中，进行反应，回...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雪妍，薛建军，孟跃中，肖敏，王拴紧，
申请(专利权)人：珠海鹏辉能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44