一种隔膜及其应用的锂硫电池制造技术

本申请公开了一种隔膜及其应用的锂硫电池，涉及新能源技术领域。本申请隔膜利用多孔碳的物理吸附和氧化锌的化学吸附的协同作用，有效阻挡多硫化物的迁移和扩散，同时利用多孔碳良好的导电性，使被捕获的多硫化物得以再利用，提高正极硫的利用率，不仅能够兼具高初始容量和优异循环稳定性，而且制备方法简单，成本低廉。本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜及其应用的锂硫电池


[0001]本专利技术涉及新能源
，具体涉及一种隔膜及其应用的锂硫电池。

技术介绍

[0002]锂硫电池以金属锂作为负极活性材料，以硫材料作为正极活性材料，其中，金属锂具有高理论比容量和低氧化还原电位；硫材料不仅表现出超高理论容量，而且丰度高，无毒性，使其在商业应用中表现出更好的环境友好性和更具吸引力的成本优势。这些使得锂硫电池成为备受瞩目的储能器件。
[0003]但是锂硫电池的商业进程却受到一系列问题的阻碍，其中包括多硫化物的穿梭效应，严重的穿梭效应会导致活性材料损失，从而造成电池初始容量低、循环稳定性差。构建功能性改性隔膜是目前解决锂硫电池上述问题的主要策略之一，但制得的改性隔膜仍存在无法兼具高初始容量和优异循环稳定性，甚至有的制备方法复杂，导致失去成本优势等问题。
[0004]因此，开发一种制备方法简单、成本低廉且兼具高初始容量和优异循环稳定性的锂硫电池隔膜成为亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种制备方法简单、成本低廉且兼具高初始容量和优异循环稳定性的隔膜及应用其的锂硫电池。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种隔膜，包括基膜和设置于所述基膜的靠近正极侧的修饰层，所述修饰层包括多孔碳复合材料，所述多孔碳复合材料包含氧化锌。
[0007]进一步地，所述氧化锌包括多面体的氧化锌。
[0008]进一步地，基于所述修饰层的的总质量，所述氧化锌的质量为24～36％。
[0009]进一步地，所述多孔碳复合材料至少满足以下条件之一：
[0010](1)所述多孔碳复合材料的比表面积为1300～1750m2/g；
[0011](2)所述多孔碳复合材料的I
G
/I
D
为0.9～1.5；
[0012](3)所述多孔碳复合材料的孔径为5～20nm。
[0013]进一步地，所述氧化锌的粒径为100～300nm。
[0014]进一步地，在所述修饰层中，多孔碳复合材料的负载量为0.3～2.2mg/cm2。
[0015]进一步地，所述修饰层的厚度为6～20μm。
[0016]进一步地，所述隔膜与电解液的接触角为15～30
°
[0017]进一步地，所述修饰层包含以下重量百分含量的组分：所述多孔碳复合材料70％～80％，导电剂10％～20％，粘结剂10％～15％。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种锂硫电池，包括正极、负极、电解液和上述隔膜，
[0019]相比现有技术，本申请的有益效果在于：
[0020](1)本申请隔膜利用多孔碳的三维多孔结构捕获多硫化物，阻挡其穿梭，并利用氧
化锌与多硫化物间的锌
‑
硫键和锂
‑
氧键作用，进一步抑制多硫化物的迁移和扩散；同时多孔碳具有良好的导电性，相当于集流体，能够实现活性物质硫的捕获及再利用，提高正极硫的利用率，进而提高锂硫电池的容量。
[0021](2)本申请隔膜在多孔碳和氧化锌的协同作用下，使锂硫电池兼具高的初始容量和优异的循环稳定性，同时该隔膜制备方法简单，成本低廉。
具体实施方式
[0022]为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本专利技术作进一步说明，其目的在于详细地理解本专利技术的内容，而不是对本专利技术的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。
[0023]根据本申请的第一方面，提供了一种隔膜，包括基膜和设置于所述基膜的至少一面上的修饰层，所述修饰层包括多孔碳复合材料，所述多孔碳复合材料包含氧化锌。
[0024]多孔碳具有三维多孔结构，能够捕获多硫化物，阻挡其穿梭，同时其还具有良好的导电性，这使其相当于集流体，能够实现活性物质硫的捕获及再利用，提高正极硫的利用率，进而提高了电池的容量；氧化锌可以通过锌
‑
硫键和锂
‑
氧键吸附多硫化物，抑制多硫化物的迁移和扩散。在本申请中，隔膜利用多孔碳的物理吸附和氧化锌的化学吸附的协同作用，有效阻挡多硫化物的迁移和扩散，使电池具有高的初始容量和优异的循环稳定性，同时该隔膜制备方法简单，成本低廉。在本申请中，优选的，修饰层设置在正极侧。
[0025]在本申请的某个实施例中，多孔碳具有三维分级多孔结构，其中大孔结构有利于提高离子迁移率；中孔结构和微孔不仅有利于锂离子的扩散和传输，还可以作为物理屏障来阻挡多硫化物的迁移和扩散。在本申请的某个实施例中，多孔碳可以包括菌渣形成的多孔碳。菌渣多孔碳因菌渣内菌丝等对造孔的影响以及表面具有更加丰富的官能团，使其能更好地捕获多硫化物以及实现活性物质再利用，而且其可由农业废弃物菌渣制备而成，成本低廉。菌渣可选自玉米芯菌渣、木屑菌渣和秸秆菌渣中的至少一种，但并不局限于此。
[0026]在本申请的某个实施例中，所述氧化锌包括多面体的氧化锌。氧化锌具有多面体的结构，可以为多硫化物的化学吸附提供更多的活性位点，有效提升电池的容量。
[0027]在本申请的某个实施例中，基于所述修饰层的的总质量，所述氧化锌的质量为24～36％。优选地，所述氧化锌的质量为26～32％。氧化锌的质量在本申请的范围内，不易引起多硫化物从隔膜表面脱离后向负极扩散；也不易使氧化锌堵塞多孔碳的孔道结构，造成隔膜修饰层的比表面积下降。氧化锌的含量在本申请范围内，不仅可以加强对多硫化物的锚定来抑制其扩散，还可以使隔膜具有良好的电导性，提高活性物质硫的利用率。
[0028]在本申请的某些实施例中，所述多孔碳复合材料至少满足以下条件之一：
[0029](1)所述多孔碳复合材料的比表面积为1300～1750m2/g；
[0030](2)所述多孔碳复合材料的I
G
/I
D
为0.9～1.5；
[0031](3)所述多孔碳复合材料的孔径为5～20nm。
[0032]优选地，所述多孔碳复合材料的比表面积为1400～1750m2/g。多孔碳复合材料的比表面积在本申请的范围内，可以确保隔膜修饰层更好地捕获多硫化物以及电解液更好地
浸润隔膜，并避免电解液过分消耗，使电池具有较高初始的容量和循环稳定性。
[0033]优选地，多孔碳复合材料的I
G
/I
D
为1.1～1.4，多孔碳复合材料的I
G
/I
D
在本申请的范围内有利于提高多孔碳复合材料的导电性，有利于于电子和离子的传输。
[0034]优选地，多孔碳复合材料的孔径为5～15nm。多孔碳复合材料的孔径在本申请的范围内，不易引起多孔碳材料中孔结构的坍塌，有利于提高电池的循环稳定性。
[0035]在本申请的某些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括基膜和设置于所述基膜的至少一面上的修饰层，所述修饰层包括多孔碳复合材料，所述多孔碳复合材料包含氧化锌。2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述氧化锌包括多面体的氧化锌。3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，基于所述修饰层的总质量，所述氧化锌的质量为24～36％。4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述多孔碳复合材料至少满足以下条件之一：(1)所述多孔碳复合材料的比表面积为1300～1750m2/g；(2)所述多孔碳复合材料的I
G
/I
D
为0.9～1.5；(3)所述多孔碳复合材料的孔径为5～20nm。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍翠霞，徐莉娟，
申请(专利权)人：欣旺达电动汽车电池有限公司，
类型：发明
国别省市：