锂硫电池隔膜、其制备方法及锂硫电池技术

本申请公开了一种锂硫电池隔膜、其制备方法及锂硫电池，所述锂硫电池隔膜包括基膜，以及附载在所述基膜表面的高分子聚合物，所述高分子聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲醚、聚氯乙烯和聚1,3

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池隔膜、其制备方法及锂硫电池


[0001]本申请涉及锂硫电池
，特别是涉及一种锂硫电池隔膜、其制备方法及锂硫电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池自20世纪90年代实现商业化应用以来，革新了人们的交流和交通方式，促进便携式摄像机、手机、笔记本电脑以及最近的电动汽车的发展。但其质量能量密度和功率仍然难以满足人们未来对于储能的需求。随着锂离子电池的实际能量密度逐渐接近其理论可达到的极限值，研究能量密度高于锂离子电池的新型电化学储能体系势在必行，在诸多替代锂离子电池的储能体系中，锂硫电池是目前最接近实用化、最具前景的下一代电池体系。
[0003]隔膜作为电池系统中的关键组分之一，起到隔绝正负极、防止电池内短路的作用。除了具有电子绝缘和机械隔离作用外，隔膜还应具备以下特点:良好的化学和电化学稳定性，能够耐电解液和电极材料腐蚀；良好的电解液浸润性，以及具有足够的吸液保湿能力；良好的力学性能，以防止被毛刺、枝晶或异物刺穿造成短路；良好的热稳定性；具有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性。
[0004]传锂硫电池隔膜，如多孔聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)膜，由于其成熟的制作工艺、较低的本体阻抗和优异的化学稳定性而被广泛应用于锂离子二次电池中。而在锂硫电池体系中，由于穿梭效应的存在，采用传统的聚合物隔膜往往会导致较低的放电容量与库仑效率，无法充分实现锂硫电池的优越性。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种锂硫电池隔膜、其制备方法及锂硫电池，旨在解决传统的锂硫电池隔膜使得锂硫电池循环性能不佳的问题。
[0006]一方面，本申请实施例提供了一种锂硫电池隔膜，包括基膜，以及附载在所述基膜表面的高分子聚合物，所述高分子聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲醚、聚氯乙烯和聚1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。
[0007]可选地，所述锂硫电池隔膜的厚度为10
‑
40μm，其中，基膜的厚度为5
‑
20μm。
[0008]另一方面，本申请实施例提供一种锂硫电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009]使高分子单体在基膜表面发生自聚合反应，得到附载有高分子聚合物的锂硫电池隔膜，其中，所述高分子聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲醚、聚氯乙烯和聚1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。
[0010]可选地，所述自聚合反应包括：将所述高分子单体与催化剂或引发剂混合，得到预聚物；将所述预聚物涂覆在所述基膜表面，在加热条件下进行聚合。
[0011]可选地，所述聚氧化乙烯的自聚合反应包括：将环氧乙烷和催化剂在10～20℃下搅拌，得到预聚物；将所述预聚物涂覆于基膜表面，在35～40℃下进行聚合。
[0012]可选地，所述聚乙二醇的自聚合反应包括：将环氧乙烷、乙二醇和催化剂在10～20℃下搅拌，得到预聚物；将所述预聚物涂覆于基膜表面，在35～40℃下进行聚合。
[0013]可选地，所述聚乙二醇二甲醚的自聚合反应包括：将环氧乙烷、二甲醚和催化剂在10～20℃下搅拌，得到预聚物；将所述预聚物涂覆于基膜表面，在35～40℃下进行聚合。
[0014]可选地，所述聚氯乙烯的自聚合反应包括：将氯乙烯和催化剂在60～70℃下搅拌，得到预聚物；将所述预聚物涂覆于基膜表面，在75～85℃下进行聚合。
[0015]可选地，所述聚1,3
‑
二氧戊环的自聚合反应包括：将1,3
‑
二氧戊环和引发剂在10～20℃下搅拌，得到预聚物；将所述预聚物涂覆于基膜表面，在35～40℃下进行聚合。
[0016]再一个方面，本申请实施例提供一种锂硫电池，包括硫正极、锂负极、电解液，以及上述锂硫电池隔膜或由上述方法制备而成的锂硫电池隔膜。
[0017]本申请提供的锂硫电池隔膜中，一方面，在基膜表面附载有高分子聚合物(聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲醚、聚氯乙烯和聚1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种)，氧、氯等原子随高分子聚合物一起引入，使得隔膜可实现对多硫化物的吸附，显著改善多硫化物的穿梭效应，从而提升活性硫的利用率；另一方面，以上高分子聚合物修饰的隔膜均可有效改善电解液的浸润性，从而实现锂离子的快速传输和均匀分布，降低电极的界面阻抗，提升电池的循环寿命及倍率性能。
[0018]本申请提供的锂硫电池隔膜的制备方法成本低廉，制得的锂硫电池隔膜体系稳定，能有效改善锂硫电池中多硫化物的穿梭效应，还可优先改善电解液的浸润性。
附图说明
[0019]下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。
[0020]图1是本申请的锂硫电池隔膜的结构示意图。
[0021]附图中：
[0022]1‑
基膜；2
‑
高分子聚合物。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。
[0024]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0025]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个及以上。
[0026]本专利技术的上述
技术实现思路
并不意欲描述本专利技术中的每个公开的实施方式或每种实
现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实施例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0027]传锂硫电池隔膜，如多孔聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)膜，由于其成熟的制作工艺、较低的本体阻抗和优异的化学稳定性而被广泛应用于锂离子二次电池中。而在锂硫电池体系中，由于穿梭效应的存在，采用传统的聚合物隔膜往往会导致较低的放电容量与库仑效率，无法充分实现锂硫电池的优越性。
[0028]申请人发现，通过对传统隔膜材料进行合理的功能化设计和改性，如优化孔隙结构、引入静电排斥作用以实现特异性离子传导，以及增强对多硫化物的特性吸附作用以提升活性物质的氧化还原反应速率等均可有效改善锂硫电池的整体性能，为实现高能量密度锂硫电池的实用化提供途径。
[0029]锂硫电池隔膜
[0030]本申请第一方面实施例提供一种锂硫电池隔膜，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池隔膜，其特征在于，包括基膜，以及附载在所述基膜表面的高分子聚合物，所述高分子聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲醚、聚氯乙烯和聚1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。2.根据权利要求1所述锂硫电池隔膜，其特征在于，所述锂硫电池隔膜的厚度为10
‑
40μm，其中，基膜的厚度为5
‑
20μm。3.一种锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：使高分子单体在基膜表面发生自聚合反应，得到附载有高分子聚合物的锂硫电池隔膜，其中，所述高分子聚合物包括聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲醚、聚氯乙烯和聚1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。4.根据权利要求3所述锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述自聚合反应包括：将所述高分子单体与催化剂或引发剂混合，得到预聚物；将所述预聚物涂覆在所述基膜表面，在加热条件下进行聚合。5.根据权利要求3所述锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚氧化乙烯的自聚合反应包括：将环氧乙烷和催化剂在10～20℃下搅拌，得到预聚物；将所述预聚物涂覆于基膜表面，在35～40℃下进行聚合。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，武鹏，闫崇，温雪飞，
申请(专利权)人：清华大学山西清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：