一种电池隔膜及其制备方法和锂硫电池技术

本发明专利技术提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。本发明专利技术提供的电池隔膜表面修饰有石墨烯，这种电池隔膜能够抑制多硫化锂在电池正负极之间的穿梭，并利用电池隔膜表面石墨烯的导电能力对溶解在电解液中的多硫化锂再次利用，从而提高了电池活性物质的利用率，进而提高锂硫电池的放电容量及循环寿命等性能，本发明专利技术采用石墨烯对电池隔膜进行修饰，石墨烯仅有单个或数个原子层厚，可以大大减少电池总质量的增加，从而避免电池能量密度的损失。本发明专利技术还提供了一种电池隔膜的制备方法和锂硫电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种电池隔膜及其制备方法和锂硫电池。
技术介绍
随着便携式电子设备的迅速发展，特别是环境与能源问题驱动下的混合动力汽车及电力汽车的普及，传统的锂离子电池远远不能满足这些新型设备对可逆电池高能量密度的要求。锂硫电池具有很高的理论比容量(1672mAh/g)及能量密度(2600Wh/kg)，其活性物质硫具有资源丰富、价格低廉及环境友好等优点，是一种非常有应用前景的新型电池体系。然而，锂硫电池充放电过程中形成的中间产物多硫化锂易溶于有机电解液，溶解的多硫化锂易通过电池隔膜扩散到负极，并与负极金属锂反应造成活性物质的损失。另外，溶解的多硫化锂在正负极之间穿梭，使锂硫电池发生自放电现象，放电产物Li2S沉积在正负极表面，造成了电极的严重极化，降低了锂硫电池的充放电效率，大大降低了锂硫电池的容量及循环使用寿命。因此，要加快锂硫电池的发展与应用，必须要解决多硫化锂的溶解与扩散的问题，并实现对多硫化锂的再利用。为了解决多硫化锂的溶解与扩散问题，现有技术通过采用多孔碳、中空碳球、金属氧化物及表面修饰的导电聚合物作为电池的正极材料，用于提高正极材料的导电性，限制单质硫的溶出，但是这种方法的效果并不理想。现有技术还提出了对电池隔膜进行修饰以改善多硫化锂的溶解与扩散，如通过刮刀涂膜法在电池隔膜上覆盖一层导电碳以阻止含硫物质在正极和电池隔膜的界面处累积，从而提高锂硫电池的电化学性能(EnergyEnviron.Sci.2014,7,3381-3390)；在正极与电池隔膜之间额外的添加一张处理过的碳纸，在一定程度上缓解了多硫化锂在正负极之间的穿梭(Phys.Chem.Chem.Phys.2013,15,2291-2297)。现有技术提供的这些方法有助于缓解多硫化锂的溶解与扩散的问题，提高锂硫电池的性能，但是这些方法大大降低了锂硫电池的能量密度，不利于锂硫电池的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电池隔膜及其制备方法和锂硫电池，本专利技术提供的电池隔膜能够抑制多硫化锂的溶解与扩散，提高锂硫电池性能，同时还能使锂硫电池保持较高的比容量。本专利技术提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。优选的，所述石墨烯附着在锂硫电池隔膜的一侧或两侧表面。优选的，所述石墨烯为化学气相沉积法制备得到的石墨烯。优选的，所述石墨烯为纯石墨烯也可以为氮、硼或硫掺杂的石墨烯。优选的，所述石墨烯的附着层数为1层～10层。本专利技术提供的电池隔膜表面修饰有石墨烯，这种电池隔膜能够抑制多硫化锂在电池正负极之间的穿梭，并利用电池隔膜表面石墨烯的导电能力对溶解在电解液中的多硫化锂再次利用，从而提高了电池活性物质的利用率，进而提高锂硫电池的放电容量及循环寿命等性能。本专利技术采用石墨烯对电池隔膜进行修饰，石墨烯仅有单个或数个原子层厚，可以大大减少电池总质量的增加，从而避免电池能量密度的损失。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的电池隔膜的制备方法，包括：采用石墨烯转移法将石墨烯转移至锂硫电池隔膜表面，得到电池隔膜；所述石墨烯转移法包括膜转移法和热压转移法中的一种或几种。优选的，所述膜转移法过程中采用的膜为热释放胶带、压敏膜、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。本专利技术提供的方法制备得到的电池隔膜能够提高锂硫电池的放电容量及循环寿命等性能，可以大大减少电池总质量的增加，从而避免电池能量密度的损失。本专利技术提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池的隔膜为上述技术方案所述的电池隔膜。优选的，所述锂硫电池中电池隔膜附着有石墨烯的一侧或朝向锂硫电池正极材料，或朝向锂硫电池负极金属锂。优选的，所述锂硫电池中电池隔膜附着有石墨烯的一面朝向锂硫电池正极材料，另一面朝向锂硫电池负极金属锂。优选的，所述锂硫电池的正极材料包括硫单质或石墨烯-硫复合材料等正极材料。本专利技术提供的锂硫电池中的电池隔膜为上述技术方案所述的电池隔膜，这种锂硫电池具有较好的放电容量及循环寿命等性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为Celgard2400聚丙烯隔膜和本专利技术实施例3制备得到的电池隔膜的光学图片；图2为Celgard2400聚丙烯隔膜和本专利技术实施例3制备得到的电池隔膜的扫描电镜(SEM)图片；图3为Celgard2400聚丙烯隔膜和本专利技术实施例3制备得到的电池隔膜的拉曼光谱；图4为本专利技术实施例6和比较例1制备得到的锂硫电池首次充放电曲线；图5为本专利技术实施例6和比较例1制备得到的锂硫电池的循环次数-放电比容量曲线。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。本专利技术提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。本专利技术对所述锂硫电池隔膜没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的锂硫电池隔膜即可。在本专利技术的实施例中，所述锂硫电池隔膜可以为单层聚丙烯隔膜也可以为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜。在本专利技术的实施例中，所述单层聚丙烯隔膜的厚度为16μm～25μm；在其他的实施例中，所述单层聚丙烯隔膜的厚度为18μm～22μm。在本专利技术的实施例中，所述聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜的厚度为30μm～40μm；在其他的实施例中，所述聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜的厚度为32μm～38μm；在另外的实施例中，所述聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜的厚度为34μm～36μm。在本专利技术的实施例中，所述锂硫电池隔膜可以为Celgard系列隔膜。在本专利技术的实施例中，所述石墨烯可以附着在一侧锂硫电池隔膜表面，也可以附着在两侧锂硫电池隔膜表面。在本专利技术的实施例中，所述石墨烯的附着层数为1层～10层；在其他的实施例中，所述石墨烯的附着层数为2层～8层；在另外的实施例中，所述石墨烯的附着层数为4层～6层。在本专利技术的实施例中，所述石墨烯为化学气相沉积法制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，所述电池隔膜为表面附着有石墨烯的锂硫电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述石墨烯附着在锂
硫电池隔膜的两侧表面。
3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述石墨烯为化学气
相沉积法制备得到的石墨烯。
4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述石墨烯为氮、硼
或硫掺杂的石墨烯。
5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述石墨烯的层数为
1层～10层。
6.一种权利要求1～5中任意一项所述电池隔膜的制备方法，包括：
采用石墨烯转移法将石墨烯转移至锂硫电池隔膜表...

【专利技术属性】
技术研发人员：季恒星，杜真真，郭成坤，孔祥华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34