一种复合无纺布及其制备方法与在锂硫电池中的应用，涉及无纺布。所述复合无纺布由无纺布基材和浇注在无纺布基材内部或涂覆于无纺布基材表面的聚合物组成，所述聚合物由氟磺酸类聚合物、粘结剂和溶剂混合后真空烘干而得。所述复合无纺布的制备方法，包括如下步骤：(1)将氟磺酸类聚合物、粘结剂和溶剂混合后球磨，得复合无纺布浆液；(2)将复合无纺布浆液浇注于无纺布基材内部或涂布在无纺布基材的表面，干燥后，即得复合无纺布。所述复合无纺布可在锂硫电池中应用，所述应用是将复合无纺布作为锂硫电池中的复合隔膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无纺布，具体是涉及一种复合无纺布及其制备方法与在锂硫电池中的应用。
技术介绍
目前，采用液体电解液的化学电源体系如锂离子电池等需要采用隔膜材料阻隔正、负极，避免短路。隔膜材料主要是以聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)等为主要成分的含有微孔结构的聚合物膜、无纺布和静电纺丝隔膜。液体电解液(一般是含有电解质盐的碳酸酯类有机溶剂)存在于微孔结构中，实现离子在正、负极之间的传导。隔膜与液体电解液构成了电解质体系。随着电动汽车等领域的发展，对于锂离子电池等化学电源体系的容量和功率提出了更高的要求，因此电池的安全性也得到越来越多的重视。锂硫电池是锂电池的一种，锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。目前锂硫电池存在的问题主要有：第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能。第二、锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中，增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移(Shuttle效应)，导致活性物质损失和电能的浪费。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极，与负极反应，破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n＝1～2)电子绝缘且不溶于电解液，沉积在导电骨架的表面；部分硫化锂脱离导电骨架，无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者更高阶的多硫化物，造成了容量的极大衰减。第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，从而造成容量的衰减；这种体积效应在纽扣电池下不显著，但在大型电池中体积效应会放大，会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构。第五、锂硫电池使用金属锂作为负极，除了金属锂自身的高活性，金属锂负极在充放电过程会发生体积变化，并容易形成枝晶。第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多，单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm-2以下，开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。针对以上问题的解决办法通常从电极材料的修饰和结构设计以及电解液添加剂两方面入手。如专利CN104852025A公布的改性的氧化石墨烯包覆的微米级硫颗粒，纳米硫颗粒和中空硫颗粒，所制备的复合电极电极材料具有循环性能好，倍率性能高，在储能领域有着广阔的应用前景。专利CN104485449A中用不饱和碳碳双键的聚合物与单质硫形成碳包覆的硫材料，此方法制备的复合材料的硫含量比较高，工艺简单，成本低廉。专利CN103855425A中用硅烷醚类的一种或多种作为电解液添加剂，这种电解液具有粘度低、电导率高、阻聚硫离子迁移性好等特性。因此阻碍聚硫离子在正负极之间的迁移是提高锂硫电池容量的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合无纺布。本专利技术的另一目的在于提供复合无纺布的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供复合无纺布的应用。所述复合无纺布由无纺布基材和浇注在无纺布基材内部或涂覆于无纺布基材表面的聚合物组成，所述聚合物由氟磺酸类聚合物、粘结剂和溶剂混合后真空烘干而得，浇注的聚合物与无纺布基材的质量比为1∶(0.1～10)，涂覆于无纺布基材表面的聚合物涂层的厚度为1～20μm，优选1～5μm，所述氟磺酸类聚合物与粘结剂质量比为(19～4)∶1；所述溶剂与粘结剂和氟磺酸类聚合物的总质量的质量比为(199～4)∶1。所述氟磺酸类聚合物包括全氟氟代磺酸树脂、部分氟代磺酸树脂中的至少一种，所述全氟氟代磺酸树或部分氟代磺酸树脂优选全氟(3-甲基-2,4-二氧杂-5-己烯-1-磺酰氯)、全氟(4-甲基-3,6-二氧杂-7-辛烯-1-磺酰氯)、α-β-β-三氟苯乙烯磺酸与α-β-β-三
氟苯乙烯与聚四氟乙烯共聚物等中的至少一种。所述无纺布基材可选自聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、聚间苯二甲酰间苯二胺树脂(Polym-phenylene isophthalamide，PMIA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，PET)等中的一种。所述粘结剂可选自聚偏氟乙烯(Polyvinyl idene fluoride，PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(Polyvinyl idene fluoride-hexafluoropropylene，PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、聚丙烯腈(Polyacrylonitri le，PAN)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrol idone，PVP)、聚环氧乙烷(Polyethylene oxide，PEO)、聚乙烯醇(Polyving akohol，PVA)、羧甲基纤维素钠(Polymethyl methacrylate，CMC)、丁苯橡胶(Styrene-butadiene rubber，SBR)、明胶等中的至少一种。所述浇注在无纺布基材内部的聚合物质量为2～10mg/cm3所述复合无纺布的制备方法，包括如下步骤：(1)将氟磺酸类聚合物、粘结剂和溶剂混合后球磨，得复合无纺布浆液；(2)将复合无纺布浆液浇注于无纺布基材内部或涂布在无纺布基材的表面，干燥后，即得复合无纺布。在步骤(2)中，所述干燥可在50～60℃下真空干燥。所述复合无纺布可在锂硫电池中应用，所述应用是将复合无纺布作为锂硫电池中的复合隔膜。所述锂硫电池包括正极、负极和复合隔膜等，所述复合隔膜采用复合无纺布，复合隔膜设于正极与负极之间。用于构成非水电解液二次电池的正极，例如，在上述正极活性物质中适当添加炭黑、乙炔黑等导电助剂，或聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷等粘合剂等，配制正极合剂，将其在以铝箔等集电材料作为芯材的带状成型体上涂布后使用。但是，正极的制作方法不仅仅限于上例。在本专利技术提供的非水电解液二次电池中，使用非水溶剂(有机溶剂)作为非水电解液。非水溶剂包括碳酸酯类、醚类等。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的复合无纺布是由无纺布和浇注在无纺布内部或涂覆于无纺布表面的氟磺酸
类聚合物组成。氟磺酸类聚合物包括全氟或部分氟代磺酸树脂或全氟或部分氟代磺酸树脂的共混物。氟磺酸树脂的为聚阴离子树脂，涂覆于无纺布表面或浇注于无纺布内部能够密堆积形成孔径极小的一层，由于其静电排斥作用和微孔滤膜作用，可以有效地阻止聚硫离子在正负极之间的穿梭，将聚硫离子阻隔在硫电极一侧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合无纺布，其特征在于由无纺布基材和浇注在无纺布基材内部或涂覆于无纺布基材表面的聚合物组成，所述聚合物由氟磺酸类聚合物、粘结剂和溶剂混合后真空烘干而得，浇注的聚合物与无纺布基材的质量比为1∶(0.1～10)，涂覆于无纺布基材表面的聚合物涂层的厚度为1～20μm，所述氟磺酸类聚合物与粘结剂质量比为(19～4)∶1；所述溶剂与粘结剂和氟磺酸类聚合物的总质量的质量比为(199～4)∶1。
【技术特征摘要】
1.一种复合无纺布，其特征在于由无纺布基材和浇注在无纺布基材内部或涂覆于无纺布基材表面的聚合物组成，所述聚合物由氟磺酸类聚合物、粘结剂和溶剂混合后真空烘干而得，浇注的聚合物与无纺布基材的质量比为1∶(0.1～10)，涂覆于无纺布基材表面的聚合物涂层的厚度为1～20μm，所述氟磺酸类聚合物与粘结剂质量比为(19～4)∶1；所述溶剂与粘结剂和氟磺酸类聚合物的总质量的质量比为(199～4)∶1。2.如权利要求1所述一种复合无纺布，其特征在于所述涂覆于无纺布基材表面的聚合物涂层的厚度为1～5μm。3.如权利要求1所述一种复合无纺布，其特征在于所述氟磺酸类聚合物包括全氟氟代磺酸树脂、部分氟代磺酸树脂中的至少一种。4.如权利要求3所述一种复合无纺布，其特征在于所述全氟氟代磺酸树或部分氟代磺酸树脂选自全氟(3-甲基-2,4-二氧杂-5-己烯-1-磺酰氯)、全氟(4-甲基-3,6-二氧杂-7-辛烯-1-磺酰氯)、α-β-β-三氟苯乙烯磺酸与α-β-β-三氟苯乙烯与聚四氟乙烯共聚物中的至少一种。5.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，石川，张鹏，李超，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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