锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用；所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一侧或两侧表面上的涂层，所述涂层中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用
本专利技术属于锂硫电池
，具体涉及一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
近几年，硫正极被广泛研究。硫正极理论比容量超过1600mAhg-1,以金属锂为负极的锂硫电池，理论能量密度达2600Whkg-1，是传统锂离子电池能量密度的5倍以上。然而，锂硫电池在应用中面临一些难题，主要在于锂硫电池充放电过程中生成的多硫化物易溶于电解液，从而产生穿梭效应，降低电池的库伦效率和循环寿命。针对这一问题，研究者们做了很多工作，主要可以概括为2类：1)单质硫复合到碳结构中，形成碳/硫复合结构，限制活性物质与电解液的直接接触；2)用氧化物、硫化物、金属-有机框架(MOF)等极性化合物作为正极材料，与多硫化物形成强的偶极-偶极相互作用，对多硫化物的溶解和扩散起到化学限制作用。虽然上述两种方法在一定程度上能缓解多硫化物的穿梭效应，但是成本过高，不利于产业化。现有技术中，有人提出在隔膜上涂覆聚合物涂层，通过涂层抑制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池的比容量和库伦效率。但是，涂层材料的选择至关重要，不恰当的涂层材料对提高锂硫电池的比容量和库伦效率作用有限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用，能够有效抑制多硫化物的穿梭效应，大大提高锂硫电池的比容量和库伦效率。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术公开了一种锂硫电池改性隔膜，所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一侧或两侧表面上的涂层，所述涂层中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H+被Li+取代。作为优选的技术方案，所述全氟磺酸聚合物为Nafion。作为优选的技术方案，所述碳材料为导电炭黑、中间相炭微球、导电石墨、科琴黑和乙炔黑中的一种或几种。作为优选的技术方案，所述涂层中全氟磺酸聚合物与碳材料的质量比为4:6-8:2。作为优选的技术方案，所述涂层中全氟磺酸聚合物与碳材料的质量比为7:3。作为优选的技术方案，所述隔膜为聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜或玻璃纤维滤纸。作为优选的技术方案，所述隔膜为Celgard隔膜。作为优选的技术方案，所述涂层厚度为20-60μm。本专利技术还公开了一种锂硫电池改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将全氟磺酸聚合物和碳材料在溶液中混合，制成浆料；(2)将步骤(1)得到的浆料涂覆在隔膜一侧或两侧表面上，然后干燥；(3)将步骤(2)得到的涂覆隔膜浸泡在含锂盐的溶液中进行离子交换，得到改性隔膜。本专利技术还公开了所述锂硫电池改性隔膜在锂硫电池中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术在隔膜表面涂覆了全氟磺酸聚合物和碳材料的复合物，其中全氟磺酸聚合物的H+被Li+取代，达到只允许Li+通过，阻断多硫化物通过的目的，同时碳材料能吸附溶于电解液中的多硫化物离子，还能够降低隔膜阻抗，全氟磺酸聚合物和碳材料两者的上述协同作用可有效抑制锂硫电池的多硫化物穿梭效应，大大提高锂硫电池的比容量和库伦效率。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为N/S＝4:6的改性隔膜的SEM图；图2为N/S＝5:5的改性隔膜的SEM图；图3为N/S＝6:4的改性隔膜的SEM图；图4为N/S＝7:3的改性隔膜的SEM图；图5为N/S＝8:2的改性隔膜的SEM图；图6为锂硫电池的阻抗谱图；图7为普通Celgard隔膜组装的锂硫电池的循环性能曲线；图8为N/S＝4:6的改性隔膜组装的锂硫电池的循环性能曲线；图9为N/S＝5:5的改性隔膜组装的锂硫电池的循环性能曲线；图10为N/S＝6:4的改性隔膜组装的锂硫电池的循环性能曲线；图11为N/S＝7:3的改性隔膜组装的锂硫电池的循环性能曲线；图12为N/S＝8:2的改性隔膜组装的锂硫电池的循环性能曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。以下实施例中，全氟磺酸聚合物以Nafion为例，nafion是商业化的聚合物，其成分是全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物；碳材料以导电炭黑为例；隔膜以商业化的Celgard隔膜为例。按照Nafion与导电炭黑SuperP质量比4:6、5:5、6:4、7:3、8:2(以N/S＝4:6、5:5、6:4、7:3、8:2表示)，分别称量质量含量5％Nafion的乙醇溶液和导电炭黑SuperP，放入研钵中混合。然后用刮刀分别将各种比例的N/S浆料涂覆在Celgard隔膜的两侧表面上，放入真空烘箱，在60-80℃烘干。将涂覆隔膜浸泡在含1MLiTFSI的DOL/DME电解液中进行离子交换，得到改性隔膜。对所得到的改性隔膜做扫描电镜测试，如图1-5所示，随着Nafion含量的上升，改性隔膜空隙越来越小。以金属锂片为负极，单质硫为正极(S:SuperP:PVDF＝6:3:1)，1MLiTFSIDOL/DME(0.2MLiNO3)为电解液，分别以普通Celgard隔膜、上述改性隔膜为隔膜，组装锂硫电池。开路电压下，对锂硫电池进行阻抗谱分析，如图6所示，结果表明随着隔膜中Nafion含量的升高，锂硫电池的阻抗逐渐增大，而隔膜中导电炭黑SuperP含量的增加会降低阻抗。测试锂硫电池的电化学性能，锂硫电池的循环性能曲线如图7至12所示，与普通Celgard隔膜相比，改性隔膜大大提高了锂硫电池的比容量，并且当N/S＝7:3时性能最优。以上所述实施例仅是为充分说明本专利技术而所举的较佳的实施例，本专利技术的保护范围不限于此。本
的技术人员在本专利技术基础上所作的等同替代或变换，均在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的保护范围以权利要求书为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池改性隔膜，其特征在于：所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一侧或两侧表面上的涂层，所述涂层中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池改性隔膜，其特征在于：所述改性隔膜包括隔膜和涂覆在隔膜一侧或两侧表面上的涂层，所述涂层中含有全氟磺酸聚合物和碳材料，其中全氟磺酸聚合物的H+被Li+取代。


2.根据权利要求1所述的锂硫电池改性隔膜，其特征在于：所述全氟磺酸聚合物为Nafion。


3.根据权利要求1所述的锂硫电池改性隔膜，其特征在于：所述碳材料为导电炭黑、中间相炭微球、导电石墨、科琴黑和乙炔黑中的一种或几种。


4.根据权利要求1、2或3所述的锂硫电池改性隔膜，其特征在于：所述涂层中全氟磺酸聚合物与碳材料的质量比为4:6-8:2。


5.根据权利要求4所述的锂硫电池改性隔膜，其特征在于：所述涂层中全氟磺酸聚合物与碳材料的质量比为7:3。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雯雯，施伟博，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32