包含激光诱导的碳化石墨烯层的隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池制造技术

本发明专利技术公开了一种电化学装置用隔膜。所述隔膜包含无纺布基材，其中所述无纺布基材的至少一个表面包括通过将所述无纺布基材从所述无纺布基材的表面碳化至预定深度而形成的电极反应层，且所述电极反应层设置在所述隔膜的两个表面中的至少一个表面的最外侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含激光诱导的碳化石墨烯层的隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池
本申请要求于2016年11月29日在韩国提交的韩国专利申请10-2016-0160634号的优先权，通过参考将其内容并入本文中。本专利技术涉及电化学装置用隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池。
技术介绍
锂-硫电池具有比锂离子电池更高的理论容量和更高的能量密度，由此已被研究作为下一代电池。然而，随着放电时产生的多硫化物浓度的增加，锂-硫电池可能在电极中发生反应性降低，并且电池中的电解质因与电极的副反应而消耗，导致电池的寿命缩短。为了克服该问题，可以将多孔电解质保持层插入电极或隔膜中以减少电解质的消耗，降低电阻并改善电极中的反应性。然而，需要使上述效果最大化以提高能量密度。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种具有改善电极中的反应性的效果的隔膜和包含所述隔膜的锂-硫电池。本专利技术还旨在提供一种制备所述隔膜的方法。易于理解的是，本专利技术的这些和其他目的和优点可以利用所附权利要求书中所示的手段及其组合来实现。技术方案在本专利技术的一个方面，提供一种电化学装置用隔膜，以解决上述问题。根据本专利技术的一个实施方案，提供一种电化学装置用隔膜，所述隔膜包含电解质保持层，所述电解质保持层包含：无纺布层；和设置在所述无纺布层的一个表面上的电极反应层，其中所述电极反应层包含有机聚合物材料的碳化物，具有多孔结构，并且设置在所述隔膜的两个表面中的至少一个表面的最外侧。根据第二实施方案，提供第一实施方案的电化学装置用隔膜，所述隔膜还包含具有多孔结构的多孔基材，其中所述电解质保持层设置在多孔聚合物基材的至少一个表面上，所述多孔基材和所述无纺布层以使得它们相互表面接触由此电极反应层设置在隔膜的最外表面上的方式堆叠。根据第三实施方案，提供第一或第二实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述有机聚合物材料是无纺布基材，所述电解质保持层包含电极反应层，所述电极反应层通过热解将所述无纺布基材的表面部碳化而与所述无纺布层一体形成，并且所述表面部是具有从所述无纺布基材的表面到预定深度的厚度的部分。根据第四实施方案，提供第一至第三实施方案中任一项的电化学装置用隔膜，其中所述有机聚合物材料是无纺布基材，所述电极反应层包含石墨碳，所述石墨碳是通过无纺布基材的热解进行碳化而产生的产物，且所述无纺布包含高耐热性塑料工程聚合物树脂。根据第五实施方案，提供第四实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述高耐热性塑料工程聚合物树脂是选自如下树脂中的至少一种：聚砜聚合物树脂(PSF)、聚醚砜聚合物树脂(PES)、聚醚酰亚胺聚合物树脂(PEI)、聚苯硫醚聚合物树脂(PPS)、聚醚醚酮聚合物树脂(PEEK)、聚芳酯聚合物树脂(PA)、聚酰胺酰亚胺聚合物树脂(PAI)、聚酰亚胺聚合物树脂(PI)和聚酰胺聚合物树脂。根据第六实施方案，提供第一至第五实施方案中任一项的电化学装置用隔膜，其中所述电极反应层具有100nm～5μm的厚度。根据第七实施方案，提供第三实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述无纺布基材包含高耐热性塑料工程聚合物树脂。根据第八实施方案，提供第七实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述高耐热性塑料工程聚合物树脂是选自如下树脂中的至少一种：聚砜聚合物树脂(PSF)、聚醚砜聚合物树脂(PES)、聚醚酰亚胺聚合物树脂(PEI)、聚苯硫醚聚合物树脂(PPS)、聚醚醚酮聚合物树脂(PEEK)、聚芳酯聚合物树脂(PA)、聚酰胺酰亚胺聚合物树脂(PAI)、聚酰亚胺聚合物树脂(PI)和聚酰胺聚合物树脂。根据第九实施方案，提供第二实施方案的电化学装置用隔膜，其中所述多孔基材层包含聚烯烃聚合物树脂。根据第十实施方案，提供第一至第九实施方案中任一项的电化学装置用隔膜，其中所述电解质保持层具有40％～70％的孔隙率。在本专利技术的另一方面，还提供一种包含上述隔膜的电化学装置。根据第十一实施方案，提供一种电化学装置，所述电化学装置是包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜的锂-硫电池，其中所述正极包含硫化物化合物作为电极活性材料，所述隔膜与第一至第十实施方案中任一项中所限定的相同，并且所述隔膜以使得所述电极反应层面向所述正极的方式设置。根据第十二实施方案，提供第十一实施方案的锂-硫电池，其中所述硫化物化合物是含硫和碳的硫-碳复合化合物。在又一方面，提供一种制备第一至第十实施方案中任一项的隔膜的方法。根据第十三实施方案，提供一种制备隔膜的方法，包括如下步骤：(S1)准备无纺布基材；(S2)将激光照射到无纺布基材的表面，使得所述无纺布基材的表面部可以通过热解而碳化，以形成包含电极反应层和无纺布层的电解质保持层。根据第十四实施方案，提供制备第十三实施方案的隔膜的方法，所述方法还包括如下步骤：(S3)准备多孔基材层；(S4)使所述多孔基材层与步骤(S2)中制备的电解质保持层结合。有益效果根据本专利技术的隔膜包含得自无纺布的电解质保持层，因此能够提高电极中的反应性。另外，电解质保持层包含有机聚合物材料的碳化物，因此能够使反应性最大化。此外，根据本专利技术的包含电解质保持层的锂-硫电池显示出改善的电极反应性，由此提供改善的寿命特性。附图说明附图显示了本专利技术的优选实施方案，并且与前述
技术实现思路
一起用于提供对本专利技术技术特征的进一步理解，因此本专利技术不应被解释为限于附图。同时，为了更清楚的描述，可夸大附图中的元件的形状、尺寸、刻度或比例。图1显示了根据本专利技术一个实施方案的隔膜。图2显示了根据本专利技术一个实施方案的锂-硫电池。图3a显示了根据比较例1的电极组件的截面，且图3b显示了根据比较例2的电极组件的截面。图4是根据比较例2的作为隔膜表面的无纺布表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图5是显示根据实施例的电极反应层的表面的SEM图像。图6显示根据实施例的电极反应层的表面的拉曼光谱测定结果。图7是显示实施例、比较例1和比较例2各自的放电容量和过电压的图。图8是显示比较例1的作为充电/放电循环的函数的放电容量和库仑效率的图。图9是显示比较例2的作为充电/放电循环的函数的放电容量和库仑效率的图。图10是显示实施例的作为充电/放电循环的函数的放电容量和库仑效率的图。具体实施方式下文中，将对本专利技术的优选实施方案进行详细描述。另外，应理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为限于一般和词典的含义，而是在允许专利技术人对术语进行适当定义以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本专利技术的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，本文中提出的描述仅是用于说明目的的优选实例，并不旨在限制本专利技术的范围，因此应理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以使用其他等价物和变体。如本文中所使用的，表述“一部分连接到另一部分”不仅包括“一部分直接连接到另一部分”，而且包括“一部分与另一部分在其间设置有其他部分的条件下电连接”。应理解，当在本说明书中使用时，各种语法形式的术语“包含”或“包括”是指存在任一所述元件，但不排除添加一个或多个其他元件。如本文中所使用的，表述“A和/或B”是指“A、B或它们两者”。在如下描述中使用的特定术语是出于说明性目的而非限制性的。诸如“右”、“左”、“顶表面”和“底表面”的术语表示在附图中它们所指的方向。诸如“向内”和“向外”的术语分别表示朝向相应设备、系统及其构件的几何中心的方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学装置用隔膜，所述隔膜包含电解质保持层，所述电解质保持层包含：无纺布层；和设置在所述无纺布层的一个表面上的电极反应层，其中所述电极反应层包含有机聚合物材料的碳化物，具有多孔结构，并且设置在所述隔膜的两个表面中的至少一个表面的最外侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 KR 10-2016-01606341.一种电化学装置用隔膜，所述隔膜包含电解质保持层，所述电解质保持层包含：无纺布层；和设置在所述无纺布层的一个表面上的电极反应层，其中所述电极反应层包含有机聚合物材料的碳化物，具有多孔结构，并且设置在所述隔膜的两个表面中的至少一个表面的最外侧。2.根据权利要求1所述的电化学装置用隔膜，其还包含具有多孔结构的多孔基材，其中所述电解质保持层设置在所述多孔聚合物基材的至少一个表面上，所述多孔基材和所述无纺布层以使得它们相互表面接触由此所述电极反应层设置在所述隔膜的最外表面上的方式堆叠。3.根据权利要求1所述的电化学装置用隔膜，其中所述有机聚合物材料是无纺布基材，所述电解质保持层包含电极反应层，所述电极反应层通过热解将所述无纺布基材的表面部碳化而与所述无纺布层一体形成，并且所述表面部是具有从所述无纺布基材的表面到预定深度的厚度的部分。4.根据权利要求1所述的电化学装置用隔膜，其中所述有机聚合物材料是无纺布基材，所述电极反应层包含石墨碳，所述石墨碳是通过所述无纺布基材的热解进行碳化而产生的产物，且所述无纺布包含高耐热性塑料工程聚合物树脂。5.根据权利要求4所述的电化学装置用隔膜，其中所述高耐热性塑料工程聚合物树脂是选自如下树脂中的至少一种：聚砜聚合物树脂(PSF)、聚醚砜聚合物树脂(PES)、聚醚酰亚胺聚合物树脂(PEI)、聚苯硫醚聚合物树脂(PPS)、聚醚醚酮聚合物树脂(PEEK)、聚芳酯聚合物树脂(PA)、聚酰胺酰亚胺聚合物树脂(PAI)、聚酰亚胺聚合物树脂(PI)和聚酰胺聚合物树脂。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泽京，孙权男，许殷奎，辛富建，梁斗景，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR