一种锂硫电池用离子导电聚合物隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种锂硫电池用离子导电聚合物隔膜及其制备方法和应用。该隔膜主要由电池隔膜和附着在所述电池隔膜表面的离子导电聚合物层构成。本发明专利技术隔膜具有锂离子选择透过性，对多硫负离子具有良好的阻隔作用。该聚合物隔膜锂离子迁移率接近1，能有效的降低锂硫电池在循环过程中发生的“穿梭效应”，抑制了锂硫电池的衰减。同时起到减少因多硫负离子穿梭导致副反应发生的作用，避免阻抗进一步增大，为锂硫电池的应用提供了一种有效的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开。该隔膜主要由电池隔膜和附着在所述电池隔膜表面的离子导电聚合物层构成。本专利技术隔膜具有锂离子选择透过性，对多硫负离子具有良好的阻隔作用。该聚合物隔膜锂离子迁移率接近1，能有效的降低锂硫电池在循环过程中发生的“穿梭效应”，抑制了锂硫电池的衰减。同时起到减少因多硫负离子穿梭导致副反应发生的作用，避免阻抗进一步增大，为锂硫电池的应用提供了一种有效的方法。【专利说明】-种裡硫电池用离子导电聚合物隔膜及其制备方法和应用
本专利技术属于裡硫电池
，设及一种裡硫电池用离子导电聚合物隔膜及其制 备方法和应用。
技术介绍
随着人们对电子消费品及电动汽车要求的提升，迫切需要发展高能量密度的电池 体系。为了降低裡离子电池的重量和体积，已经报道了许多的方法用来提高电池能量密度。 但经典的摇椅式电池的正负极都是可嵌入裡离子的结构，容量受到其固有的能量密度的限 审IJ，很难进一步的增大。其次，现在的裡离子电池中的LiCo化或应用的其它过渡金属的价格 比较昂贵，因此在大规模应用时成本较高。为了克服W上问题，需要一种新型的电极材料来 代替已有的体系。裡硫电池成为了一种目前最具希望的电池体系，它跟传统的裡离子电池 相比具有许多优势：第一，虽然理论电压较低，约2V，但其理论容量高达1672mAh ? g-i，因此 其能量密度约2600Wh ? kg-i。传统的LiC6-LiCo〇2和Li-LiMri2〇4体系的能量密度大约分别在 430-570Wh ? kg-i和120-180Wh ? kg-i。另外，硫的储量大，安全无毒，价格低廉。 虽然裡硫电池具有众多的优点，但是其在循环过程中，正极会产生多硫负离子并 溶解到电解液中，并穿梭到负极，造成电池的容量发生不可逆的衰减，使裡硫电池的应用受 到限制。因此如何减少裡硫电池的穿梭效应是一个重要的科学问题。目前研究所使用的抑 制多硫负离子溶解并穿梭的方法包括改善硫正极材料、使用电解液添加剂、使用固态(凝胶 态电解质)等方法。 传统的裡硫电池由正负极W及电解液和隔膜组成，在电池循环过程中，正极会产 生多硫负离子并向负极迁移，而商用的多孔隔膜并不能阻隔多硫负离子穿过，从而导致穿 梭效应的发生，使电池的容量发生衰减。如何构建新结构的电池隔膜，在保证裡离子高效传 导的条件下，有效地阻隔多硫负离子穿梭是当前的一个研究热点。单离子导体的固体电解 质膜在保证裡离子传输的同时可W有效的阻隔多硫负离子的传输。研究发现使用单离子导 体构成的隔膜可能是构建高性能裡硫电池的关键。目前研究的单离子导体主要包括无机态 和有机高分子两种。无机态单离子导体具有高安全性、阻燃性、长循环寿命等优点，一般无 机固体电解质主要有=类:硫化物、憐酸盐、氧化物。无机态单离子导体面临的主要问题是 电极材料和电解质材料之间的界面问题，由于界面阻抗较高，无机全固态电池难W在高倍 率下进行充放电。目前解决的方法一种是用机械研磨的方法使晶体转变成无定型的粉末来 提高界面的接触度，降低阻抗。另外一种方法是在电解质的玻璃转化溫度下制备电池，运样 等电池冷却到室溫时可W形成较为紧密的界面层。还有一种常用的方法是在固态电解质和 电极之间加液态的电解液来降低界面阻抗。另外，为了提高裡离子电导率，还有研究采用在 固态电解质中加入无机盐的方法，例如加入LiBF4、LiTFSI、LiPF6等，无机盐中裡离子的解离 可W增加电解质体系中裡离子的浓度和运动能力，进而提高裡离子电导率。虽然无机固态 电解质具有许多优点，但总结起来还具有W下需要解决的问题:成本较高，价格较昂贵;机 械性能较差，当厚度薄时较易碎;柔初性差等。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是为了改善裡硫电池存在的不足，提供了一种裡硫电池用离子 导电聚合物隔膜，其具有电导率高、裡离子迁移数接近1等优点。 本专利技术的技术方案为:一种裡硫电池用离子导电聚合物隔膜，主要由电池隔膜和 附着在所述电池隔膜表面的离子导电聚合物层构成。 作为优选，所述离子导电聚合物层的厚度为1皿~200皿。 作为优选，所述电池隔膜为聚締控隔膜、玻璃纤维隔膜、PAN多孔膜、PVDF-HFP多孔 膜或无纺布隔膜中的任意一种。 作为优选，所述离子导电聚合物为全氣横酷亚胺基离子聚合物或部分含氣横酷亚 胺基离子聚合物。 作为优选，所述全氣横酷亚胺基离子聚合物的结构式如下： yOCF2CF2-，m是巧Ij40的整数，包括1和40; y是巧U 20的整数，包括1和20;聚合度n为10到2000的整数，包括10和2000。 作为优选，所述部分含氣横酷亚胺基离子聚合物是由含芳香苯环聚合物主链和具 有含氣横酷亚胺基侧链的离子聚合物构成。 作为优选，所述含芳香苯环聚合物是聚讽、聚酸讽、聚酸酬、聚苯酸、聚苯硫酸、聚 芳香酷胺、聚苯乙締和聚芳香酷亚胺中的一种或两种W上的组合物。 作为优选，所述含氣横酷亚胺基侧链的离子聚合物的结构式如下： 其中，Rf指代-CmF2m-或者-zOCF2CF2-，m是巧IJ40的整数，包括1和40;z是巧U 20的整数，包括1和20;x为聚合度的平均值，为0.巧化00的数字，包括0.1和500。本专利技术的另 一个目的是提供上述离子导电聚合物隔膜的制备方法，该方法包括W下步骤： 步骤(1):将离子导电聚合物溶解在溶剂中，形成一定质量分数的离子导电聚合物 溶液。 步骤(2):将电池隔膜放入离子导电聚合物溶液中，10分钟后取出，吸掉多余溶液， 在烘箱中高溫干燥12~24小时得到离子导电聚合物隔膜。 步骤（1)中所述溶剂包括N-甲基化咯烧酬、二甲基亚讽、N，N-二甲基甲酯胺、N，N-二甲基乙酷胺中的一种多种混合物。 步骤1中所述质量分数为1~30%。 步骤2中所述高溫为50~100°C。 本专利技术的又一个目的是提供上述离子导电聚合物隔膜在裡硫电池中的应用。 本专利技术中所述裡硫电池包括硫正极、离子导电聚合物隔膜、金属裡负极W及有机 酸类电解液。 作为优选，所述硫正极的碳基体材料为多孔碳(CMK-3)、碳纳米管(CNFs)、有序介 孔碳(OMC)、氧化石墨締(GO)中的一种或几种混合物，硫为升华硫或硫横粉。 作为优选，所述有机酸类电解液包括1,3-二氧戊环(WL)、甘醇二甲酸(DEGDME)、 乙二醇二甲酸(DME)、四甘醇二甲酸(TEGDME)中的一种或几种组成的混合溶剂。电解质包括 六氣憐酸裡化iPFs)、双(S氣甲基横酷)亚胺裡(C2F6LiN〇4S2)、高氯酸裡化iCl〇4)，四氣棚酸 裡化iBF4)中的任意一种或几种组合。 本专利技术提供的离子导电聚合物隔膜含有含氣横酷亚胺裡(-S〇2rLi+S化-)结构，其 中氣横酷亚胺基团为超强酸基团，氮原子上的孤对电子因为连有两个强吸电子的全氣烷基 而高度离域，极大地减弱了阴离子与阳离子的静电力，从而使该含氣横酷亚胺裡离子聚合 物的裡离子化n有较低的解离能和晶格能，有较高的裡离子电导。同时，聚阴离子的结构 使得其阴离子固定，阳离子离子迁移数接近1。从而在实现裡离子快速传导的同时起到阻隔 多硫负离子的作用，减少裡硫电池因"穿梭效应"导致的衰减现象。同时，本专利技术工艺简单， 适于大规模应用。【附图说明】 图1是本专利技术实施例1中制得的离子导电聚合物隔膜极化前后的阻抗曲线。 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池用离子导电聚合物隔膜，其特征在于主要由电池隔膜和附着在所述电池隔膜表面的离子导电聚合物层构成；所述离子导电聚合物为全氟磺酰亚胺基离子聚合物或部分含氟磺酰亚胺基离子聚合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立新，秦德君，温乐乐，聂锋，王健，李丹，
申请(专利权)人：宁波莲华环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33