一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池技术

为克服现有锂硫电池的隔膜存在多硫化物穿梭效应的问题，本发明专利技术提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。同时，本发明专利技术还公开了上述电池隔膜的制备方法以及一种锂硫电池。本发明专利技术提供的电池隔膜能够有效阻隔多硫化物的穿梭，大幅提高锂硫电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池
本专利技术属于电池
，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池。
技术介绍
随着社会的发展，能源枯竭与环境污染是人类面临的极大挑战，因此清洁能源的发展受到前所未有的关注。锂电池由于其较好的循环性能，较少的污染以及无记忆效应，成为今年来广泛应用的储能器件。然而现有锂离子电池已接近其能量密度极限，同时新能源汽车、便携式存储、储能电站等诸多领域都对储能器件提出了更高能量密度的应用需求，因此寻求更高能量密度和安全性的下一代储能器件成为迫切需求。锂硫电池由于其超高的理论能量密度(2600Wh·kg-1)且原材料成本低，环境适应性好等优点引起了研究者们的广泛关注。但是，锂硫电池也面临着诸多挑战：硫导电性差，反应中间产物多硫化物易溶解于电解液并产生穿梭效应。目前所使用的商业化隔膜(聚丙烯或聚乙烯)的孔径较大，远大于多硫化物的直径，所以它对于多硫化物是无阻挡作用的，严重影响电池的循环性能。为解决隔膜上多硫化物穿梭效应的问题，现有一种锂硫电池隔膜，通过在隔膜表面涂覆石墨烯等碳材料对多硫化物进行物理阻隔，以减少多硫化物迁移到负极。上述锂硫电池隔膜虽然对多硫化物的穿梭效应具有一定抑制作用，但单纯的物理阻隔仍存在渗透问题，现有研究对上述锂硫电池隔膜进行改进，采用金属硫化物负载于石墨烯上，同时利用石墨烯对多硫化物的物理阻隔和金属硫化物对多硫化物的化学吸附作用，提升锂硫电池的电化学和动力学性能。专利技术人对现有锂硫电池隔膜研究发现，在二维石墨烯上负载金属硫化物的方式会形成密实结构，影响电解液浸润，金属硫化物对石墨烯的表面形成较大的覆盖，影响石墨烯本身功能，同时金属硫化物与电解液接触面积较小，仍无法完全避免多硫化物往负极方向的扩散，具有较大的改进空间。
技术实现思路
针对现有锂硫电池的隔膜存在多硫化物穿梭效应的问题，本专利技术提供了一种电池隔膜及其制备方法、锂硫电池。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。可选的，所述多孔碳材料上形成有羟基或羧基。可选的，所述多孔碳材料具有1-2nm的微孔、2-5nm的介孔和20-100nm的大孔。可选的，所述覆盖层包括以下重量组分：多孔碳材料10～90份，金属硫化物10～90份。可选的，所述金属硫化物为硫化钴。可选的，所述覆盖层中还包括以下重量组分：导电添加剂2～15份，粘结剂3～30份。可选的，所述导电添加剂包括纳米银粉、SuperP、乙炔黑、科琴黑、石墨粉、炭黑、中间相碳微球、石墨烯和纳米碳管中的一种或多种；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、LA-132和羧甲基纤维素中的一种或多种。可选的，所述覆盖层的厚度为70um-200um。可选的，所述隔膜基体为聚乙烯多孔膜，聚丙烯多孔膜，聚乙烯/聚丙烯复合膜或双面涂覆粘合剂聚丙烯多孔膜。另一方面，本专利技术提供了如上所述的电池隔膜的制备方法，包括以下操作步骤：获取多孔碳材料；将多孔碳材料分散于分散溶剂中，加入金属源和硫源，进行水热反应，在多孔碳材料的孔体内部形成金属硫化物，过滤，烘干得到复合材料；将上述复合材料覆盖于所述隔膜基体的表面，烘干，形成电池隔膜。可选的，所述多孔碳材料的获取方法为：将大网格树脂与金属离子盐水溶液混合，搅拌后烘干，得吸附金属离子的树脂；将所述吸附金属离子的树脂进行粉碎，然后加入过渡性模腔填充剂，混合均匀；将上述得到的产物加入到扩孔剂溶液中，搅拌后烘干；将上述得到的产物于惰性气体氛围中进行热处理；将上述得到的产物进行酸洗、过滤、烘干，即得所述多孔碳材料。可选的，所述多孔碳材料经过强酸或强碱进行水热处理，水热温度为80～240℃，水热时间为2～6h，水洗，干燥，使多孔碳材料上形成有羟基或羧基。可选的，所述分散溶剂包括水和/或有机溶剂，在所述分散溶剂中加入钴源和硫源，进行水热反应，水热温度为100～200℃，水热时间为10～24h，在多孔碳材料的孔体内部形成硫化钴。可选的，所述分散溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂包括乙二醇、乙醇和聚乙二醇中的一种或多种。可选的，所述钴源包括氯化钴和醋酸钴中的一种或多种；所述硫源包括硫脲、硫化钠和硫代硫酸钠中的一种或多种。另一方面，本专利技术提供了一种锂硫电池，包括硫基正极、锂基负极以及如上所述的电池隔膜，所述电池隔膜位于所述硫基正极和所述锂基负极之间。根据本专利技术提供的电池隔膜，在隔膜基体的表面覆形成有覆盖层，在所述覆盖层中，将碳材料进行多孔化处理，将金属硫化物负载于所述多孔碳材料的孔体内部，多孔碳材料中的微孔本身对电解液中的多硫化物存在物理吸附作用，同时多孔碳材料的高比表面积扩大了金属硫化物与电解液的接触面积，从而提高金属硫化物对电解液中多硫化物的化学吸附作用，物理吸附和化学吸附的共同作用下，专利技术人发现两者存在较好的协同作用，有效对多硫化物的穿梭效应进行了阻隔，能够大幅提高锂硫电池的循环性能，同时该覆盖层具有较好的离子电导率，有效降低了界面电阻，提高了正极材料的利用率。附图说明图1是本专利技术提供的锂硫电池的内部结构示意图；图2是本专利技术提供的多孔碳/硫化钴复合材料的结构示意图；图3是本专利技术实施案例1提供的多孔碳材料与多孔碳/硫化钴复合材料的BET图a；图4是本专利技术实施案例1提供的多孔碳材料与多孔碳/硫化钴复合材料的BET图b；图5是本专利技术实施案例1提供的多孔碳/硫化钴复合材料的XRD图谱；图6是本专利技术实施案例1提供的多孔碳/硫化钴复合材料的TEM照片；图7是本专利技术实施案例1提供的多孔碳/硫化钴复合粉体的TEMMapping照片；图8是本专利技术实施案例1提供的覆盖层的正面电子照片；图9是本专利技术实施案例1提供的覆盖层的截面电子照片；图10是本专利技术实施案例1提供的覆盖层的Mapping照片；图11是本专利技术实施案例1所制备的隔膜及对比案例1，2在0.1C下的循环性能图；图12是本专利技术实施案例1所制备的隔膜及对比案例1，2在0.5C下的循环性能图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。根据本专利技术提供的电池隔膜，在隔膜基体的表面覆形成有覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括隔膜基体以及覆盖于所述隔膜基体上的覆盖层，所述覆盖层包括多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料上的金属硫化物，所述金属硫化物分散在所述多孔碳材料的孔体内部。


2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述多孔碳材料上形成有羟基或羧基。


3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述多孔碳材料具有1-2nm的微孔、2-5nm的介孔和20-100nm的大孔。


4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述覆盖层包括以下重量组分：
多孔碳材料10～90份，金属硫化物10～90份。


5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述金属硫化物为硫化钴。


6.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述覆盖层中还包括以下重量组分：
导电添加剂2～15份，粘结剂3～30份。


7.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述覆盖层的厚度为70um-200um。


8.如权利要求1～7任意一项所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
获取多孔碳材料；
将多孔碳材料分散于分散溶剂中，加入金属源和硫源，进行水热反应，在多孔碳材料的孔体内部形成金属硫化物，过滤，烘干得到复合材料；
将上述复合材料覆盖于所述隔膜基体的表面，烘干，形成电池隔膜。


9.根据权利要求8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡倩倩，洪晔，吴春宇，董海勇，长世勇，胡志鹏，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44