CN110400897A - 一种增强型锂硫电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种增强型锂硫电池隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，在多孔底膜浸碳纳米管分散液和碳纳米管浆料，放入气氛炉中进行炭化反应，得到微孔碳化多孔底膜，然后将亲水聚丙烯酸高分子材料与锂离子传导型聚合物组成的传导液中进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。经过试验，以电纺聚丙烯腈作为底模，在电纺聚丙烯腈上形成微孔碳化多孔底膜，然后采用传导液进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。微孔的存在提供了大的表面积以增强电解质渗透和促进离子扩散。

Description

一种增强型锂硫电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂硫电池隔膜，特别是涉及一种增强型锂硫电池隔膜及其制备方法艺。
背景技术
在锂硫电池体系中，以金属锂为负极，单质硫为正极，理论比能量可达到2600Wh/kg，远大于现代商业化的锂离子电池。此外单质硫也具有价格低廉，环境友好的特性。因此，锂硫电池具有极高的商业应用潜力。但是锂硫电池也存在着诸多的问题。其中最主要的是锂硫电池在充放电的过程当中，硫的利用率低，循环过程中容量衰减快，导致这一问题的原因包括多个方面，其中之一是单质硫为绝缘体，硫电极中活性物质活化难度大。而且，单质硫在放电过程中，产生大量的中间产物，即多硫化物。多硫化物会溶解于电解液当中，并离开原来的位置，随着单质硫的最终还原产物的析出，形成大量的大颗粒，降低了还原产物氧化的可逆性。此外，多硫化物会扩散到负极金属锂的表面，与金属锂发生还原反应，并返回正极，再发生氧化反应，即“穿梭效应”。该效应不但降低锂硫电池的库伦效率，腐蚀金属锂负极，而且会在金属锂表面生成大量绝缘的还原产物，导致电池的内阻增加。最终降低了锂硫电池的放电比容量和循环寿命。
在现有的技术中，如公开号为：“CN105633471A”公开了覆碳隔膜锂硫电池的制备方法，其特征在于：包括以下制作步骤：
步骤1：制作覆碳隔膜⑴按照碳材料的质量含量为50～99％的配比，将碳材料和粘结剂混合成浆料；⑵通过喷涂、刮刀涂覆、涂布辊或涂布刷方式之一种，在隔膜一面涂覆步骤1制成的浆料，浆料的厚度1～100微米；⑶将步骤2涂覆有浆料的隔膜烘干，隔膜一面附着一层碳膜，完成覆碳隔膜的制作过程；
步骤2：装配锂硫电池⑴包括将步骤1制成的覆碳隔膜置于硫正极片和金属锂负极之间，置入锂硫电池壳体中；⑵锂硫电池壳体中注入电解液，密封后完成本发明锂硫电池的制备过程。
在上述的方法中，是在隔膜上涂覆一层碳膜，由于碳膜在涂覆中会影响其孔隙率，影响电池的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的只要目的在于提供一种增强型锂硫电池隔膜及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，在多孔底膜浸碳纳米管分散液和碳纳米管浆料，放入气氛炉中进行炭化反应，得到微孔碳化多孔底膜，然后将亲水聚丙烯酸高分子材料与锂离子传导型聚合物组成的传导液中进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。
所述碳纳米管浆料为单壁碳纳米管水性浆料、单壁碳纳米管NMP浆料、高浓度多壁碳纳米管水性浆料、多壁碳纳米管BA浆料中的一种。
所述碳纳米管分散液为普通浓度多壁碳纳米管水性分散液、多壁碳纳米管DMF分散液、超高纯单壁管BA分散液、羧基化超高纯单壁碳管水分散液中的一种。
所述多孔底膜的厚度为10～30μm。
所述多孔底膜的孔隙率为60％～85％，孔径为0.1～8μm。
所述多孔底膜为电纺聚丙烯腈。
由上述所述的制备方法制得的增强型锂硫电池隔膜。
经过试验，以电纺聚丙烯腈作为底模，在电纺聚丙烯腈上形成微孔碳化多孔底膜，然后采用传导液进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。微孔的存在提供了大的表面积以增强电解质渗透和促进离子扩散。
附图说明
图1为本发明中微孔碳化多孔底膜的电镜图；
图2为本发明中实施例1制备成电池充放电测试循环性能曲线图；
图3为本发明中实施例2制备成电池充放电测试循环性能曲线图。
具体实施方式：
本发明提供一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，下面结合附图和实施例以对本发明进行具体的描述。
参照图1，本发明提供了一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，在多孔底膜浸碳纳米管分散液和碳纳米管浆料，放入气氛炉中进行炭化反应，得到微孔碳化多孔底膜，然后将亲水聚丙烯酸高分子材料与锂离子传导型聚合物组成的传导液中进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。
所述碳纳米管浆料为单壁碳纳米管水性浆料、单壁碳纳米管NMP浆料、高浓度多壁碳纳米管水性浆料、多壁碳纳米管BA浆料中的一种。
所述碳纳米管分散液为普通浓度多壁碳纳米管水性分散液、多壁碳纳米管DMF分散液、超高纯单壁管BA分散液、羧基化超高纯单壁碳管水分散液中的一种。
所述多孔底膜的厚度为10～30μm。
所述多孔底膜为电纺聚丙烯腈。
由上述所述的制备方法制得的增强型锂硫电池隔膜。
参照图1，经过试验，以电纺聚丙烯腈作为底模，在电纺聚丙烯腈上形成微孔碳化多孔底膜，然后采用传导液进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。所述增强型锂硫电池隔膜的孔隙率为70％～80％，孔径为0.1～5μm。微孔的存在提供了大的表面积以增强电解质渗透和促进离子扩散。
实施例1，本发明提供了一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，在多孔底膜浸碳纳米管分散液和碳纳米管浆料，放入气氛炉中进行炭化反应，得到微孔碳化多孔底膜，然后将亲水聚丙烯酸高分子材料与锂离子传导型聚合物组成的传导液中进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。
所述碳纳米管浆料为高浓度多壁碳纳米管水性浆料、多壁碳纳米管BA浆料中的一种。
所述碳纳米管分散液为普通浓度多壁碳纳米管水性分散液、多壁碳纳米管DMF分散液、羧基化超高纯单壁碳管水分散液中的一种。
参照图2，图2为实施例1制备的隔膜制备成电池充放电测试循环性能曲线图；硫材料最大放电比容量超过1000mAh/g，且在20次循环后，放电比容量基本稳定在850mAh/g。在上述中，采用多壁碳纳米管水性浆料或者多壁碳纳米管BA浆料，极大的提升了孔隙率。微孔的存在提供了大的表面积以增强电解质渗透和促进离子扩散。
实施例2，本发明提供了一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，在多孔底膜浸碳纳米管分散液和碳纳米管浆料，放入气氛炉中进行炭化反应，得到微孔碳化多孔底膜，然后将亲水聚丙烯酸高分子材料与锂离子传导型聚合物组成的传导液中进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。
所述碳纳米管浆料为单壁碳纳米管水性浆料、单壁碳纳米管NMP浆料中的一种。
所述碳纳米管分散液为羧基化超高纯单壁碳管水分散液。
参照图3，图3为实施例2制备的隔膜制备成电池充放电测试循环性能曲线图；硫材料最大放电比容量超过1000mAh/g，且在20次循环后，放电比容量基本稳定在800mAh/g。在上述中，采用单壁碳纳米管水性浆料或单壁碳纳米管NMP浆料提升了孔隙率。微孔的存在提供了大的表面积以增强电解质渗透和促进离子扩散。
在上述的实施例中，可以看出，当采用，采用多壁碳纳米管水性浆料或者多壁碳纳米管BA浆料，极大的提升了孔隙率。微孔的存在提供了大的表面积以增强电解质渗透和促进离子扩散。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种增强型锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，在多孔底膜浸碳纳米管分散液和碳纳米管浆料，放入气氛炉中进行炭化反应，得到微孔碳化多孔底膜，然后将亲水聚丙烯酸高分子材料与锂离子传导型聚合物组成的传导液中进行交联反应制得凝胶电解质填充型的具有纳米级孔径的增强型锂硫电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管浆料为单壁碳纳米管水性浆料、单壁碳纳米管NMP浆料、高浓度多壁碳纳米管水性浆料、多壁碳纳米管BA浆料中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液为普通浓度多壁碳纳米管水性分散液、多壁碳纳米管DMF分散液、超高纯单壁管BA分散液、羧基化超高纯单壁碳管水分散液中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔底膜的厚度为10～30μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔底膜的孔隙率为60％～85％，孔径为0.1～8μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔底膜为电纺聚丙烯腈。
7.由权利要求1～6任一所述的制备方法制得的增强型锂硫电池隔膜。
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CN113555646A (zh) * 2021-08-10 2021-10-26 大连理工大学 一种凝剂型锂硫电池正极侧隔层材料的制备方法

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