锂硫电池用隔膜和包含所述隔膜的锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池用隔膜和包含所述锂硫电池用隔膜的锂硫电池，更具体地，涉及一种锂硫电池用隔膜，所述锂硫电池用隔膜包含多孔基材和形成在所述多孔基材的至少一个表面上的无机涂层，其中所述无机涂层包含被特定离子置换的改性蒙脱石。本发明专利技术的锂硫电池用隔膜通过包含改性蒙脱石而包含均匀的无机涂层，从而吸附多硫化锂，由此改善所述锂硫电池的容量和寿命特性。量和寿命特性。量和寿命特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂硫电池用隔膜和包含所述隔膜的锂硫电池


[0001]本申请要求向韩国知识产权局于2019年5月3日提交的韩国专利申请10
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2019
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0052470号和于2020年4月20日提交的韩国专利申请10
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2020
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0047143号的权益，通过引用将其公开内容以其完整的形式并入本文中。
[0002]本专利技术涉及一种锂硫电池用隔膜和包含所述隔膜的锂硫电池。

技术介绍

[0003]随着锂二次电池的使用范围不仅扩展到便携式电子设备和通信设备，还扩展到电动车辆(EV)和蓄电系统(ESS)，对用作它们的电源的锂二次电池的高容量的需求一直在增长。
[0004]在各种锂二次电池中，锂硫电池是使用具有硫
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硫键(S
‑
S键)的硫基材料作为正极活性材料并使用如下物质作为负极活性材料的二次电池：锂金属、在其中发生锂离子的嵌入/脱嵌的碳基材料或与锂形成合金的硅或锡。
[0005]优点在于，作为锂硫电池中正极活性材料的主要材料的硫具有低的原子量，资源非常丰富并由此供应和接收方便，并且价格便宜，无毒且环境友好。
[0006]此外，锂硫电池具有得自正极中锂离子与硫的转化反应(S8+16Li
+
+16e
‑
→
8Li2S)的1675mAh/g的理论放电容量，并且如果将锂金属(理论容量：3860mAh/g)用作负极，则理论能量密度为2600Wh/kg。因为锂硫电池的能量密度远高于目前正在研究的其它电池系统(Ni
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MH电池：450Wh/kg；Li
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FeS电池：480Wh/kg；Li
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MnO2电池：1000Wh/kg；Na
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S电池：800Wh/kg)和商业化锂二次电池(LiCoO2/石墨)的理论能量密度，所以锂硫电池作为迄今为止开发的二次电池中容量高、环境友好且成本低的锂二次电池而备受关注，并且是正在进行多项研究的下一代电池系统。
[0007]在锂硫电池放电期间，正极发生硫接受电子的还原反应，并且负极发生锂被离子化的氧化反应。锂硫电池在放电期间在正极产生多硫化锂(Li2S
x
，x＝2～8)，并且多硫化锂溶解在电解质中并从正极溶出，正极的可逆容量大大降低，并且溶解的多硫化锂扩散到负极，引起多种副反应。另外，在充电过程期间，多硫化锂会引起穿梭反应，从而明显降低充放电效率。
[0008]因为多硫化锂的溶出对电池的容量和寿命特性产生不利影响，所以已经提出了多种技术来解决多硫化锂的问题。
[0009]例如，韩国专利公布2018
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0020096号公开了，通过包括具有含有过渡金属化合物的催化剂层的隔膜，能够抑制由于多硫化锂的溶出而引起的穿梭反应，从而能够改善电池的容量和循环特性。
[0010]此外，韩国专利公布2016
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0046775号公开了，通过在含有硫
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碳复合材料的正极的活性部分的一部分上提供由两亲聚合物制成的正极涂层，从而抑制多硫化锂的溶出并促进锂离子的运动，可以改善电池的循环特性。
[0011]此外，韩国专利公布2016
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0037084号公开了，通过在含硫的碳纳米管聚集体上涂
布石墨烯，防止多硫化锂溶出，并且能够提高硫
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碳纳米管复合材料的导电性和硫的负载量。
[0012]这些专利通过在正极或隔膜中引入能够吸附多硫化锂的物质以防止硫的流失来在一定程度上改善锂硫电池的性能或寿命劣化的问题，但效果不明显。另外，可能会由于新引入的材料而出现劣化问题，并且这些专利提出的方法有些复杂，而且在改变正极的组成时，存在能够引入的正极活性材料即硫的量(即负载量)受到限制的问题。因此，有必要通过解决多硫化锂溶出的问题来开发性能优异的锂硫电池。
[0013][现有技术文献][0014][专利文献][0015]韩国专利公布2018
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0020096号(2018年2月27日)，具有催化剂涂层的锂硫电池用隔膜(Separator for lithium sulfur batteries with catalyst coating)。
[0016]韩国专利公布2016
‑
0046775号(2016年4月29日)，锂硫电池用正极及其制备方法(Cathode for lithium
‑
sulfur battery and method of preparing the same)。
[0017]韩国专利公布2016
‑
0037084号(2016年4月5日)，硫
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碳纳米管复合物、其制备方法、包含其的锂硫电池用正极活性材料和包含其的锂硫电池(Surfur
‑
carbon nanotube complex,method of preparing the same,cathode active material for lithium
‑
sulfur battery including the same and lithium
‑
sulfur battery including the same)。

技术实现思路

[0018]技术问题
[0019]作为解决上述问题的各种研究的结果，本专利技术的专利技术人已经确认，通过在隔膜的基材上引入包含改性蒙脱石(在所述改性蒙脱石中，蒙脱石的一价或二价阳离子被特定离子置换)的无机涂层并因此解决锂硫电池中多硫化锂溶出的问题，能够改善锂硫电池的性能和寿命，从而完成了本专利技术。
[0020]因此，本专利技术的一个目的是提供一种锂硫电池用隔膜，所述锂硫电池用隔膜通过解决由多硫化锂溶出所引起的问题来改善锂硫电池的容量和寿命特性。
[0021]此外，本专利技术的另一个目的是提供一种包含上述隔膜的锂硫电池。
[0022]技术方案
[0023]为实现上述目的，本专利技术提供一种锂硫电池用隔膜，所述锂硫电池用隔膜包含多孔基材和形成在所述多孔基材的至少一个表面上的无机涂层，其中无机涂层包含改性蒙脱石，其中在蒙脱石中的阳离子被选自如下中的至少一种离子置换：氢离子、锂离子、钾离子、铷离子、铯离子、铁离子、锰离子和镍离子。
[0024]所述蒙脱石可以是选自如下中的至少一种：钠蒙脱石、钙蒙脱石和镁蒙脱石。
[0025]所述改性蒙脱石可以是剥离的层状结构。
[0026]所述改性蒙脱石可以是纳米片的形式。
[0027]如通过X
‑
射线衍射(XRD)所测量的，所述改性蒙脱石可以包括分别在7.0
±
1.0
°
、9.0
±
1.0
°
、20.0
±
1.0
°
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂硫电池用隔膜，所述锂硫电池用隔膜包含：多孔基材；和形成在所述多孔基材的至少一个表面上的无机涂层，其中所述无机涂层包含改性蒙脱石，其中蒙脱石中的阳离子被选自如下中的至少一种离子置换：氢离子、锂离子、钾离子、铷离子、铯离子、铁离子、锰离子和镍离子。2.根据权利要求1所述的锂硫电池用隔膜，其中所述蒙脱石包括选自如下中的至少一种：钠蒙脱石、钙蒙脱石和镁蒙脱石。3.根据权利要求2所述的锂硫电池用隔膜，其中所述蒙脱石包括钠蒙脱石。4.根据权利要求1所述的锂硫电池用隔膜，其中所述改性蒙脱石被选自如下中的至少一种离子置换：氢离子和锂离子。5.根据权利要求1所述的锂硫电池用隔膜，其中所述改性蒙脱石具有剥离的层状结构。6.根据权利要求5所述的锂硫电池用隔膜，其中所述改性蒙脱石为纳米片的形式。7.根据权利要求6所述的锂硫电池用隔膜，其中所述改性蒙脱石具有3nm～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金明星，韩承勋，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：