一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。本发明专利技术提供的用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。本发明专利技术通过将低熔点金属注入到多孔碳材料中，不仅使多孔碳材料具有高电导率，能够有效的传输锂离子，还能够缓解飞梭效应，有效提升电池的综合电化学性能，提高锂硫电池的循环稳定性和使用寿命。且制备工艺操作简单，通过采用简单的湿法涂布，即可制备出具有高电学性能的复合隔膜材料，适用于实现工业化生产。

A Low Melting Point Metal Modified Composite Diaphragm for Lithium Sulfur Batteries and Its Preparation Method

The invention provides a low melting point metal modified composite separator for lithium sulfur batteries and a preparation method thereof, belonging to the technical field of lithium sulfur batteries. The low melting point metal modified composite diaphragm for lithium sulfur batteries comprises a base diaphragm and a low melting point metal porous carbon composite coated on its surface. The low melting point metal porous carbon composite material comprises a porous carbon material matrix and a low melting point metal loaded in the porous carbon material matrix pore. By injecting low melting point metals into porous carbon materials, the invention not only makes porous carbon materials have high conductivity, can effectively transmit lithium ions, but also can alleviate the shuttle effect, effectively improve the comprehensive electrochemical performance of batteries, and improve the cycle stability and service life of lithium sulfur batteries. And the preparation process is simple. By using simple wet coating, the composite diaphragm material with high electrical properties can be prepared, which is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法
本专利技术涉及锂硫电池
，尤其涉及一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂硫电池最近几年被广泛关注。因为它们自身具有低成本、高能量密度等优势，被认为是下一代能源储存装置的重要候选者。但是低的倍率性能，差的循环稳定性一直制约它进一步的应用。这些问题主要是由于：(1)硫低的电子电导率；(2)充放电过程中产生的多硫化锂溶解在电解液中，产生的飞梭效应；(3)金属锂负极循环稳定性差。其中，飞梭效应是锂硫电池中最棘手也是最重要的问题。目前为止，已有各种方式被用来解决锂硫电池中的飞梭效应。其中，简单有效的方式是在传统的隔膜表面涂覆一层多孔碳材料。这种碳材料具有两方面作用：(1)物理阻碍多硫化锂的自由扩散，在一定程度上改善电池的循环稳定性；(2)作为硫正极的上层集流体，将捕获的多硫化锂重新再利用，提高硫的利用率。但是，多孔碳材料中的孔径较大，不能有效的阻碍多硫化物扩散到负极一侧，导致锂硫电池循环稳定性差，使用寿命短。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜及其制备方法。本专利技术提供的低熔点金属修饰复合隔膜，能够阻碍多硫化物的自由扩散，提高锂离子的传输，有效缓解飞梭效应，提高锂硫电池循环稳定性和使用寿命。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。优选地，所述低熔点金属多孔碳复合材料的厚度为1～30μm。优选地，所述低熔点金属多孔碳复合材料中低熔点金属与多孔碳材料的质量比为0.05～1：1。优选地，所述低熔点金属包括锡粉、锌粉和铝粉中的一种或多种。本专利技术还提供了上述技术方案所述用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：将低熔点金属与多孔碳材料混合后在保护气体中加热，得到低熔点金属/多孔碳材料混合物；将所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后，涂布在基底隔膜上，得到用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜。优选地，所述低熔点金属/多孔碳材料混合物和粘合剂的质量比为1：0.1～1。优选地，所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后所得浆料的固含量为25％～75％。优选地，所述加热的升温速率为1～15℃/min。优选地，所述加热的终温为200～1000℃。优选地，所述终温的保温时间为1～48h。本专利技术提供了一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。本专利技术通过将低熔点金属注入到多孔碳材料中，使多孔碳材料具有高电导率，能够有效的传输锂离子，同时低熔点金属还能够增强多孔碳材料与多硫化物分子间的作用力，吸附多硫化物分子，阻碍其自由扩散到负极一侧，缓解飞梭效应，有效弥补常规的多孔碳材料隔膜对多硫化物阻隔能力不足的缺点，从而提升电池的综合电化学性能，提高锂硫电池的循环稳定性和使用寿命。且在本专利技术中，将低熔点金属注入到多孔碳材料中后，能够在一定程度上降低碳材料的比表面积，添加少量粘合剂即可达到更好的粘结效果。实验结果表明，本专利技术提供的低熔点金属复合隔膜在循环200次后仍保持有800～803mAh/g的可逆容量，而且在2C倍率循环200次之后容量依然能够保持在78％以上，库伦效率接近100％，在进行500次充放电后容量仍保有初始容量的80％。同时，本专利技术提供的制备工艺操作简单，无需制备复杂的复合硫电极，通过采用简单的湿法涂布，即可制备出具有高电学性能的复合隔膜材料，适用于实现工业化生产。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为实施例1制得的低熔点金属锡/多孔碳材料在低放大倍率下的SEM图；图2为实施例1制得的低熔点金属锡修饰复合隔膜在高放大倍率下的SEM图；图3为实施例1制得的低熔点金属锡修饰复合隔膜应用于锂硫电池的循环性能图；图4为实施例2制得的低熔点金属铝修饰复合隔膜与常规涂碳隔膜分别应用于锂硫电池中的循环性能图；图5为实施例3制得的低熔点金属锌修饰复合隔膜应用于锂硫电池的循环性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。在本专利技术中，所述低熔点金属多孔碳复合材料的厚度优选为1～30μm，进一步优选为10～20μm。在本专利技术中，所述低熔点金属多孔碳复合材料中低熔点金属与多孔碳材料的质量比优选为0.05～1：1，进一步优选为0.1～0.8：1，更优选为0.4～0.6：1。在本专利技术中，所述低熔点金属优选包括锡粉、锌粉和铝粉中的一种或多种；所述多孔碳材料优选包括多孔石墨烯、多孔碳纳米管和多孔乙炔黑中一种或多种。本专利技术对所述低熔点金属和多孔碳材料的具体粒径和来源没有特殊的限定，采用本领域熟知的市售产品即可。本专利技术还提供了上述技术方案所述用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：将低熔点金属与多孔碳材料混合后在保护气体中加热，得到低熔点金属/多孔碳材料混合物；将所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后，涂布在基底隔膜上，得到用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜。本专利技术将低熔点金属与多孔碳材料混合后在保护气体中加热，得到低熔点金属/多孔碳材料混合物。在本专利技术中，所述混合优选在球磨机中球磨混合。在本专利技术中，所述球磨的转速优选为200～1000转/分钟，进一步优选为400～900转/分钟，更优选为500转/分钟；所述球磨的时间优选为1～10h，进一步优选为4～9h，更优选为5h。在本专利技术中，所述加热优选在管式炉中进行。在本专利技术中，所述保护气体优选包括N2、Ar或He。在本专利技术中，所述加热的升温速率优选为1～15℃/min，进一步优选为4～12℃/min，更优选为5～10℃/min；所述加热的终温优选为200～1000℃，进一步优选为300～750℃，更优选为500～650℃；所述终温的保温时间优选为1～48h，进一步优选为4～36h，更优选为12～20h。本专利技术在加热过程中，所述低熔点金属进入所述多孔碳材料的孔隙中。得到低熔点金属/多孔碳材料混合物后，本专利技术将所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后，涂布在基底隔膜上，得到用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜。在本专利技术中，所述低熔点金属/多孔碳材料混合物和粘合剂的质量比优选为1：0.1～1，进一步优选为1：0.3～0.7，更优选为1：0.5。在本专利技术中，所述低熔点金属/多孔碳材料混合物、粘合剂和溶剂混合后所得浆料的固含量优选为25％～75％，进一步优选为40％～60％，更优选为50％。在本专利技术中，所述溶剂优选包括去离子水、NMP和异丙醇中的一种或多种；所述基底隔膜优选为商品化的PP或PE；所述粘合剂优选包括SBR、CMC和PVDF中的一种或多种。本专利技术对所述溶剂、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，其特征在于，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜，其特征在于，包括基底隔膜和涂布在其表面的低熔点金属多孔碳复合材料，所述低熔点金属多孔碳复合材料包括多孔碳材料基体和负载于所述多孔碳材料基体孔隙中的低熔点金属。2.根据权利要求1所述的修饰复合隔膜，其特征在于，所述低熔点金属多孔碳复合材料的厚度为1～30μm。3.根据权利要求1或2所述的修饰复合隔膜，其特征在于，所述低熔点金属多孔碳复合材料中低熔点金属与多孔碳材料的质量比为0.05～1：1。4.根据权利要求1所述的修饰复合隔膜，其特征在于，所述低熔点金属包括锡粉、锌粉和铝粉中的一种或多种。5.权利要求1～4任一项所述用于锂硫电池的低熔点金属修饰复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将低熔点金属与多孔碳材料混...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海明，魏夺，王钊，孙立群，刘佳，刘军，丛丽娜，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22