一種鋰硫電池用隔膜制造技術

本發明專利技術屬于鋰硫電池技術領域，具體涉及一種鋰硫電池用復合膜。本發明專利技術在鋰硫電池用復合膜其為陰離子型復合多級孔隔膜，由荷負電離子化聚合物與鋰離子傳導型聚合物的共混物組成；所述復合多級孔隔膜具有尺寸為50納米-2微米的大孔孔道結構，同時大孔孔道側壁上具有1-50納米的微孔?？紫堵蕿?0-80%，其中大孔所占比例為40-70%，其余為微孔。本發明專利技術提供的鋰硫電池用復合多級孔隔膜具有以下特點和有益效果：復合膜的大孔具有高的電解液吸收能力和保存能力，同時，微孔連接大孔，可以促進鋰離子的傳導。復合膜材料的電荷效應可以在一定程度上排斥多硫化物負離子，從而抑制“穿梭”效應，減少活性物質的流失，提高電池效率和穩定性。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術屬于鋰硫電池
，具體涉及一種鋰硫電池用復合膜。本專利技術在鋰硫電池用復合膜其為陰離子型復合多級孔隔膜，由荷負電離子化聚合物與鋰離子傳導型聚合物的共混物組成；所述復合多級孔隔膜具有尺寸為50納米-2微米的大孔孔道結構，同時大孔孔道側壁上具有1-50納米的微孔?？紫堵蕿?0-80%，其中大孔所占比例為40-70%，其余為微孔。本專利技術提供的鋰硫電池用復合多級孔隔膜具有以下特點和有益效果：復合膜的大孔具有高的電解液吸收能力和保存能力，同時，微孔連接大孔，可以促進鋰離子的傳導。復合膜材料的電荷效應可以在一定程度上排斥多硫化物負離子，從而抑制“穿梭”效應，減少活性物質的流失，提高電池效率和穩定性。【專利說明】—種鋰硫電池用隔膜
本專利技術屬于鋰硫電池
，具體涉及一種鋰硫電池用復合膜。
技術介紹
隨著經濟社會的不斷發展，能源問題和環境問題日益加劇。節能減排、開發利用新能源和可再生能源、發展高效清潔的能量轉換及存儲技術是當今社會和科技界、工業界的重要課題和挑戰。近些年來，以金屬鋰為負極的鋰電池，包括鋰空氣電池和鋰硫電池受到了人們極大的關注，因為金屬鋰具有最低的密度，最負的電極電勢，最好的電子傳導性和最高的電化學當量，其電化學容量達3860mAh/g。鋰硫電池在上世紀90年代已經有人在開始研發，不過之后沉寂了一段時間?，F在，由于其具有不可比擬的高比能量等性能，重新受到了研發人員的重視。最近幾年國內外的相關研究工作頗為活躍，目前正值技術突破的攻堅階段。硫在自然界中廣泛存在，數據表明，硫在自然界中的豐度大概為0.048wt%，且屬于尚未充分利用的自然資源。自然界中的硫主要是以常溫下熱力學穩定的單質硫(S8)形式存在，其基礎物理性能讓研發人員對于硫應用在鋰電池上興奮不已。單質硫具有低毒性、價格低廉、存量大和低密度等特點，特別是Li/S有很高的理論能量密度，單質硫比容量高達1，675mAh/g，質量比能量更是高達2，600Wh/kg，是目前已知的比容量最高的正極材料。盡管具有如上優勢，鋰硫電池離實用化還有相當的距離，目前的主要問題包括:(I)負極的鋰金屬與溶解于電解液的硫發生反應，單質硫逐漸地在正極區域縮小并形成多硫化物，多硫化物從正極剝離并進入電解液，進而與金屬鋰發生反應，正極活性物質發生損耗和侵蝕，最終造成正極區域坍塌；(2)在鋰硫電池放電過程中，形成的多硫化物進入電解液后，高度富集的多硫化物致使電解液粘度升高，導致電解液導電性降低，電池性能顯著下降；(3)鋰硫電池體系的工作溫度高達300?400°C，這需要較為昂貴的耐高溫材料和復雜的制備工藝來防止電池燒毀。另外，由于單質硫在室溫下不導電，不能單獨作為正極材料使用，所以在制備鋰硫電池時通常將其與一定量的導電材料混合以提高正極區域導電性，但是過度的混合導電材料，又會使鋰硫電池的比能量顯著降低。針對多硫化物溶解遷移造成的“穿梭”效應，目前的解決辦法非常有限，人們多從電解液的角度著手?！峨娀瘜W學報》(Electrochimica Acta 70，2012，344 - 348)報道了Sheng S.Zhang在電解液中加入添加劑硝酸鋰的工作,硝酸鋰的加入能夠使鋰負極表面形成保護層，但同時也會對電池正極造成影響，生成的硫化鋰在正極沉積，阻礙傳質和電子傳導?！秳恿υ措s志》(Journal of Power Sources 183, 2008,441 - 445)介紹 了另外一種方法，即在電解液中添加甲苯、醋酸甲酯等以抑制多硫化物的溶解，但這種方法容易造成電導率的下降。第三種方法是使用復合型聚合物凝膠電解質隔膜，正如中國專利技術專利201110110093.X 和《動力源雜志》(Journal of Power Sources 212，2012，179-185)所公開報道，凝膠電解質是由聚合物、增塑劑(鋰鹽溶劑、離子液體等)和鋰鹽通過一定的方法形成的具有合適微孔結構的凝膠聚合物網絡，利用固定在微結構中的液態電解質分子實現離子傳導被溶劑溶脹的聚合物網絡體系，其獨特的網絡結構使凝膠同時具有固體的粘聚性和液體的分散傳導性。由于電解質溶液被“包覆”在聚合物網絡內，使多硫化物的溶解受到抑制，從而可能一定程度地解決硫活性物質流失的問題；但凝膠電解質隔膜電導率和強度都較低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于解決上述問題，提供一種鋰硫電池用復合多級孔隔膜及其制備方法。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為一種鋰硫電池用隔膜，其為陰離子型復合多級孔隔膜，由荷負電離子化聚合物與鋰離子傳導型聚合物的共混物組成；所述復合多級孔隔膜具有尺寸為50納米-2微米的大孔孔道結構，同時大孔孔道側壁上具有1-50納米的微孔?？偪紫堵蕿?0-80%，其中大孔所占比例為40-70%，其余為微孔。膜組分中的荷負電離子化聚合物為全氟或部分氟化磺酸樹脂、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚醚醚酮、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚醚醚酮共聚物、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚砜、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚砜共聚物、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚苯乙烯、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚苯乙烯共聚物、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚酰亞胺、帶磺酸基或羧酸基或膦酸基的聚酰亞胺共聚物中的一種或兩種以上；鋰離子傳導型聚合物包括聚偏氟乙烯，偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚砜中的一種或兩種以上。荷負電離子化聚合物和鋰離子傳導型聚合物的質量比為(0.1~3):3所述復合多級孔隔膜按如下過程制備而成:以溶劑配制質量/體積濃度為5-25% (g/ml)的鑄膜溶液，其中荷負電離子化聚合物與鋰離子傳導型聚合物的質量比為(0.1~3):3，納孔致孔劑與荷負電離子化聚合物質量比為(0.1~1.5):3 ;鑄膜液經靜置除泡后在玻璃板上澆鑄或用涂膜器刮涂成液膜，鑄膜平臺的溫度為20-60°C，將得到的液膜(連同玻璃板)轉移至室溫水浴中凝固至相轉換完成；取出后，用去離子水反復沖洗并浸泡，然后用濃度為0.5M的氫氧化鋰水溶液浸潰12-24小時,最后于50-100°C真空干燥得到復合多級孔隔膜。所述溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃或N-甲基吡咯烷酮中的一種或兩種以上；所述納孔致孔劑為氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、鄰苯二甲酸二苯酯、磷酸三乙酯中的一種或兩種以上的混合物。有益效果本專利技術提供的鋰硫電池用復合多級孔隔膜具有以下特點和有益效果:(I)復合膜的大孔具有高的電解液吸收能力和保存能力，同時，微孔連接大孔，可以促進鋰離子的傳導。(2)復合膜材料的電荷效應可以在一定程度上排斥多硫化物負離子，從而抑制“穿梭”效應，減少活性物質的流失，提聞電池效率和穩定性。(3)本專利技術提供的鋰硫電池用復合多級孔隔膜制備工藝簡單、可控性強、成本低廉，與傳統的隔膜相比具有性能、工藝和經濟上的多重優勢?！緦＠綀D】【附圖說明】圖1為實施例1所制備的隔膜組裝的鋰硫電池性能；圖2為普通聚丙烯隔膜(Celgard2325)組裝的鋰硫電池性能；圖3為實施例2所制備的隔膜組裝的鋰硫電池性能；圖4為實施例3所制備的隔膜組裝的鋰硫電池性能。【具體實施方式】以下通過實施例進一步詳細說明本專利技術涉及的鋰硫電池復合多級孔隔膜及其制備方法。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰硫電池用隔膜，其特征在于：其為陰離子型復合多級孔隔膜，由荷負電離子化聚合物與鋰離子傳導型聚合物的共混物組成；所述復合多級孔隔膜具有尺寸為50納米?2微米的大孔孔道結構，同時大孔孔道側壁上具有1?50納米的微孔。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張華民，張鳳祥，曲超，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧;21