锂硫电池隔膜制造技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池隔膜，其包括一基础隔膜以及一功能层，所述功能层设置在基础隔膜的表面，其中，所述功能层包括多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片，所述多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片相互混合均匀分布，该多个石墨烯片之间相互搭接或层叠设置，形成一整体的石墨烯层，所述多个MoP2纳米颗粒附着在多个石墨烯片的表面，所述锂硫电池隔膜应用于锂硫电池时，该功能层正对该锂硫电池的阴极设置。

Separator for lithium-sulfur batteries

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池隔膜
本专利技术涉及一种锂硫电池隔膜。
技术介绍
锂硫电池以硫单质为阴极，以金属锂为阳极。放电时阳极反应为锂失去电子变为锂离子，阴极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物。由于发生多电子转移反应，因此，其具有很高的理论比容量，比容量高达1672mAh/g(毫安时/克)。另外，由于硫单质具备环境污染小、无毒、成本低、且原料来源广泛等特点，因此，锂硫电池受到越来越多的关注。隔膜是锂硫电池中的一个重要组成部分，用于分离阴极和阳极，以避免内部短路，同时有助于自由锂离子在电极之间运输。锂硫电池隔膜通常为聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)等非极性薄膜，然而，锂硫电池在放电过程中产生的多硫化物(Li2Sx，其中，4≤x≤8)具有高极性特征，并且极易溶于电解液。多硫化物溶解引起的寄生反应严重影响了Li-S电池的循环性能和库仑效率。然而，现有技术中的锂硫电池隔膜很难抑制多硫化物扩散，进而使多硫化物在阴极和阳极之间穿梭，导致阴极含硫结构的不可逆破坏。上述隔膜的缺点导致锂硫电池的循环稳定性差，实际比容量低等一系列问题。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种锂硫电池隔膜，该锂硫电池隔膜可以克服上述传统锂硫电池隔膜的缺点。本专利技术同时提供一种该锂硫电池隔膜的制备方法。一种锂硫电池隔膜，包括一基础隔膜以及一功能层，所述功能层设置在基础隔膜的表面，其特征在于，所述功能层包括多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片，所述多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片相互混合均匀分布，该多个石墨烯片之间相互搭接或层叠设置，形成一整体的石墨烯层，所述多个MoP2纳米颗粒附着在多个石墨烯片的表面，所述锂硫电池隔膜应用于锂硫电池时，该功能层正对该锂硫电池的阴极设置。相较于现有技术，本专利技术提供的锂硫电池隔膜在应用到锂硫电池上时，具有以下优点：所述锂硫电池隔膜将MoP2纳米颗粒和石墨烯材料作为功能层设置在基础隔膜的表面，MoP2纳米颗粒作为催化剂，可以捕获多硫化物，并在锂硫电池充电/放电过程中提高多硫化物转化活性；所述石墨烯片用作导电颗粒，为锂硫电池提供了丰富的电子通路。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的锂硫电池隔膜的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的采用图1中锂硫电池隔膜的锂硫电池结构示意图图3为本专利技术第一实施例提供的锂硫电池在锂硫电池隔膜功能层中的MoP2纳米颗粒面密度不同时的充放电循环性能。图4为本专利技术第一实施例的锂硫电池和对比例中的锂硫电池的恒流充放电循环测试结果对比图。图5为本专利技术第一实施例的锂硫电池和对比例中的锂硫电池在0.2C时的充放电电压特征曲线。图6为本专利技术第一实施例的锂硫电池和对比例中的锂硫电池以0.2C的电流密度放电时的高平台区对应的比容量。图7为对比例中的锂硫电池在放电到2.08V时阴极以及阳极对应中间产物的拉曼光谱图。图8为本专利技术第一实施例中的锂硫电池在放电到2.08V时阴极以及阳极对应中间产物的拉曼光谱。图9为本专利技术第二实施例提供的锂硫电池中锂硫电池隔膜的结构示意图。图10为本专利技术第三实施例提供的锂硫电池中锂硫电池隔膜的结构示意图。主要元件符号说明锂硫电池10阴极20阳极30锂硫电池隔膜100；200；300基础隔膜102；202；302功能层104；204；304碳纳米管结构骨架106MoP2纳米颗粒108；208；308碳纳米管210石墨烯片312如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图及具体实施例对本技术方案实施例作进一步的详细说明。请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一锂硫电池10，该锂硫电池10包括一阴极20，一阳极30、一锂硫电池隔膜100及电解液(图未示)。所述电解液位于阴极20和阳极30之间。所述锂硫电池隔膜100设置在阴极20和阳极30之间，位于电解液中。所述锂硫电池隔膜100包括一基础隔膜102及一功能层104层叠设置。所述功能层104正对阴极20设置，即，功能层104位于阴极20和基础隔膜102之间。本实施例中，所述功能层104被阴极20和基础隔膜102所夹持，功能层104贴合阴极20的表面设置。即，所述功能层104与阴极20的一个表面相互接触。所述阴极20为含硫的物质，可以为硫单质或者含有硫单质的复合材料。本实施例中，阴极20为硫单质，其在一集流体的表面形成一层状结构。所述阳极30可以为金属锂，本实施例中，阳极30为金属锂片。所述电解液可以为固态电解液，也可以为液态电解液。电解液的材料可以选择现有技术中锂硫电池中常用的电解液材料，在此不再一一列举。本实施例中，电解液为将浓度为将双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和硝酸锂(LiNO3)溶于1,3-二氧戊烷(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的混合溶剂中形成的混合溶液，其中，1,3-二氧戊烷和乙二醇二甲醚的混合溶剂中，1,3-二氧戊烷和乙二醇二甲醚的体积比为1：1；所述混合溶液中，双三氟甲烷磺酰亚胺锂的浓度为1.0mol/L，硝酸锂的浓度为0.1mol/L。请参见图2，所述锂硫电池隔膜10包括一基础隔膜102以及一功能层104。所述基础隔膜102为一平面结构，是具有一定厚度的薄膜。所述基础隔膜102具有一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面。第一表面正对阴极20设置，第二表面正对阳极30设置。所述功能层104设置在第一表面上。功能层104位于阴极20和基础隔膜102的第一表面之间。所述基础隔膜102可以为聚烯烃微孔膜，如聚丙烯(PP)膜、聚乙烯(PE)膜或两者的多层复合膜。所述基础隔膜102具有多个微孔。本实施例中，所述基础隔膜102为多孔的聚丙烯膜，厚度为25微米。所述功能层104包括一碳纳米管结构骨架106及多个MoP2纳米颗粒108。即，所述功能层104为一CNT/MoP2层。所述碳纳米管结构骨架106包括多个碳纳米管，该多个MoP2纳米颗粒108吸附在该多个碳纳米管的表面并被所述碳纳米管结构骨架106所支撑。在一些实施例中，所述功能层104仅包括碳纳米管和MoP2纳米颗粒108，不含有其他材料。所述功能层104的整体厚度为3～5微米。所述碳纳米管结构骨架106为一多孔的网状结构，包括多个微孔。所述碳纳米管结构骨架106包括多个均匀分布的碳纳米管。所述碳纳米管均匀分布是指碳纳米管结构骨架106中单位面积内的碳纳米管的数量基本相同，且碳纳米管结构骨架106在每一点的厚度基本相同。该碳纳米管结构骨架106可以为由多个碳纳米管组成的纯碳纳米管结构。该碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种。所述碳纳米管结构骨架106中的碳纳米管之间可以通过范德华力紧密结合。该碳纳米管结构骨架106中的碳纳米管为无序或有序排列。这里的无序排列指碳纳米管的排列方向无规律，这里的有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地，当碳纳米管结构骨架106包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管可以相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管结构骨架106包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。该碳纳米管结构骨架106的厚度不限，可以为0.5纳米～1厘米，优选地，该碳纳米管结构骨架106的厚度可以为1微米～10微米。所述碳纳米管结构骨架106可包括至少一层碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池隔膜，包括一基础隔膜以及一功能层，所述功能层设置在基础隔膜的表面，其特征在于，所述功能层包括多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片，所述多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片相互混合均匀分布，该多个石墨烯片之间相互搭接或层叠设置，形成一整体的石墨烯层，所述多个MoP2纳米颗粒附着在多个石墨烯片的表面，所述锂硫电池隔膜应用于锂硫电池时，该功能层正对该锂硫电池的阴极设置。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池隔膜，包括一基础隔膜以及一功能层，所述功能层设置在基础隔膜的表面，其特征在于，所述功能层包括多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片，所述多个MoP2纳米颗粒和多个石墨烯片相互混合均匀分布，该多个石墨烯片之间相互搭接或层叠设置，形成一整体的石墨烯层，所述多个MoP2纳米颗粒附着在多个石墨烯片的表面，所述锂硫电池隔膜应用于锂硫电池时，该功能层正对该锂硫电池的阴极设置。2.如权利要求1所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述基础隔膜包括一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面，所述第一表面正对所述阴极设置，第二表面正对所述锂硫电池的阳极设置，所述功能层设置在第一表面上，位于阴极和基础隔膜的第一表面之间。3.如权利要求2所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述功能层与所述阴极的一个表面相互接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宇峰，王佳平，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11