锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池改性隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

近几年，硫正极被广泛研究。硫正极理论比容量超过1600mAhg

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明提供如下技术方案：

本发明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

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。

本发明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。

本发明还公开了所述锂硫电池改性隔膜在锂硫电池中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明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

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明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发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

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Super P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Super P，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1M LiTFSI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:Super P:PVDF＝6:3:1)，1M LiTFSI DOL/DME(0.2M LiNO

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Super P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发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。