TWI667832B - 鋰硫電池隔膜 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種鋰硫電池隔膜，其包括一基礎隔膜以及一功能層，所
述功能層設置在基礎隔膜的表面，其中，所述功能層包石墨烯片和二磷化鉬(MoP2)奈米顆粒，所述鋰硫電池隔膜應用於鋰硫電池時，該功能層正對該鋰硫電池的陰極設置。
Description
本發明涉及一種鋰硫電池隔膜。
鋰硫電池以硫單質為陰極，以金屬鋰為陽極。放電時陽極反應為鋰失去電子變為鋰離子，陰極反應為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物。由於發生多電子轉移反應，因此，其具有很高的理論比容量，比容量高達1672mAh/g(毫安時/克)。另外，由於硫單質具備環境污染小、無毒、成本低、且原料來源廣泛等特點，因此，鋰硫電池受到越來越多的關注。
隔膜是鋰硫電池中的一個重要組成部分，用於分離陰極和陽極，以避免內部短路，同時有助於自由鋰離子在電極之間運輸。鋰硫電池隔膜通常為聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)等非極性薄膜，然而，鋰硫電池在放電過程中產生的多硫化物(Li2Sx，其中，4x8)具有高極性特徵，並且極易溶於電解液。多硫化物溶解引起的寄生反應嚴重影響了Li-S電池的迴圈性能和庫侖效率。然而，先前技術中的鋰硫電池隔膜很難抑制多硫化物擴散，進而使多硫化物在陰極和陽極之間穿梭，導致陰極含硫結構的不可逆破壞。上述隔膜的缺點導致鋰硫電池的迴圈穩定性差，實際比容量低等一系列問題。
有鑑於此，確有必要提供一種鋰硫電池隔膜，該鋰硫電池隔膜可以克服上述傳統鋰硫電池隔膜的缺點。
一種鋰硫電池隔膜，包括一基礎隔膜以及一功能層，所述功能層設置在基礎隔膜的表面，其特徵在於，所述功能層包括複數個MoP2奈米顆粒和複數個石墨烯片，所述複數個MoP2奈米顆粒和複數個石墨烯片相互混合均勻分佈，該複數個石墨烯片之間相互搭接或層疊設置，形成一整體的石墨烯層，所述複
數個MoP2奈米顆粒附著在複數個石墨烯片的表面，所述鋰硫電池隔膜應用於鋰硫電池時，該功能層正對該鋰硫電池的陰極設置。
相較於先前技術，本發明提供的鋰硫電池隔膜在應用到鋰硫電池上時，具有以下優點：所述鋰硫電池隔膜將MoP2奈米顆粒和石墨烯材料作為功能層設置在基礎隔膜的表面，MoP2奈米顆粒作為催化劑，可以捕獲多硫化物，並在鋰硫電池充電/放電過程中提高多硫化物轉化活性；所述石墨烯片用作導電顆粒，為鋰硫電池提供了豐富的電子通路。
10‧‧‧鋰硫電池
20‧‧‧陰極
30‧‧‧陽極
100；200；300‧‧‧鋰硫電池隔膜
102；202；302‧‧‧基礎隔膜
104；204；304‧‧‧功能層
106‧‧‧奈米碳管結構骨架
108；208；308‧‧‧MoP2奈米顆粒
210‧‧‧奈米碳管
312‧‧‧石墨烯片
圖1為本發明第一實施例提供的鋰硫電池隔膜的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的採用圖1中鋰硫電池隔膜的鋰硫電池結構示意圖
圖3為本發明第一實施例提供的鋰硫電池在鋰硫電池隔膜功能層中的MoP2奈米顆粒面密度不同時的充放電迴圈性能。
圖4為本發明第一實施例的鋰硫電池和對比例中的鋰硫電池的恒流充放電迴圈測試結果對比圖。
圖5為本發明第一實施例的鋰硫電池和對比例中的鋰硫電池在0.2C時的充放電電壓特徵曲線。
圖6為本發明第一實施例的鋰硫電池和對比例中的鋰硫電池以0.2C的電流密度放電時的高平臺區對應的比容量。
圖7為對比例中的鋰硫電池在放電到2.08V時陰極以及陽極對應中間產物的拉曼光譜圖。
圖8為本發明第一實施例中的鋰硫電池在放電到2.08V時陰極以及陽極對應中間產物的拉曼光譜。
圖9為本發明第二實施例提供的鋰硫電池中鋰硫電池隔膜的結構示意圖。
圖10為本發明第三實施例提供的鋰硫電池中鋰硫電池隔膜的結構示意圖。
以下將結合附圖及具體實施例對本技術方案實施例作進一步的詳細說明。
請參閱圖2，本發明第一實施例提供一鋰硫電池10，該鋰硫電池10包括一陰極20，一陽極30、一鋰硫電池隔膜100及電解液(圖未示)。所述電解液位於陰極20和陽極30之間。所述鋰硫電池隔膜100設置在陰極20和陽極30之間，位於電解液中。所述鋰硫電池隔膜100包括一基礎隔膜102及一功能層104層疊設置。所述功能層104正對陰極20設置，即，功能層104位於陰極20和基礎隔膜102之間。本實施例中，所述功能層104被陰極20和基礎隔膜102所夾持，功能層104貼合陰極20的表面設置。即，所述功能層104與陰極20的一個表面相互接觸。
所述陰極20為含硫的物質，可以為硫單質或者含有硫單質的複合材料。本實施例中，陰極20為硫單質，其在一集流體的表面形成一層狀結構。所述陽極30可以為金屬鋰，本實施例中，陽極30為金屬鋰片。所述電解液可以為固態電解液，也可以為液態電解液。電解液的材料可以選擇現有技術中鋰硫電池中常用的電解液材料，在此不再一一列舉。本實施例中，電解液為將濃度為將雙三氟甲烷磺醯亞胺鋰(LiTFSI)和硝酸鋰(LiNO3)溶於1,3-二氧戊烷(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的混合溶劑中形成的混合溶液，其中，1,3-二氧戊烷和乙二醇二甲醚的混合溶劑中，1,3-二氧戊烷和乙二醇二甲醚的體積比為1：1；所述混合溶液中，雙三氟甲烷磺醯亞胺鋰的濃度為1.0mol/L，硝酸鋰的濃度為0.1mol/L。
請參見圖1，所述鋰硫電池隔膜100包括一基礎隔膜102以及一功能層104。所述基礎隔膜102為一平面結構，是具有一定厚度的薄膜。所述基礎隔膜102具有一第一表面以及與該第一表面相對設置的第二表面。第一表面正對陰極
20設置，第二表面正對陽極30設置。所述功能層104設置在第一表面上。功能層104位於陰極20和基礎隔膜102的第一表面之間。
所述基礎隔膜102可以為聚烯烴微孔膜，如聚丙烯(PP)膜、聚乙烯(PE)膜或兩者的多層複合膜。所述基礎隔膜102具有複數個微孔。本實施例中，所述基礎隔膜102為多孔的聚丙烯膜，厚度為25微米。
所述功能層104包括一奈米碳管結構骨架106及複數個MoP2奈米顆粒108。即，所述功能層104為一CNT/MoP2層。所述奈米碳管結構骨架106包括複數個奈米碳管，該複數個MoP2奈米顆粒108吸附在該複數個奈米碳管的表面並被所述奈米碳管結構骨架106所支撐。在一些實施例中，所述功能層104僅包括奈米碳管和MoP2奈米顆粒108，不含有其他材料。所述功能層104的整體厚度為3~5微米。
所述奈米碳管結構骨架106為一多孔的網狀結構，包括複數個微孔。所述奈米碳管結構骨架106包括複數個均勻分佈的奈米碳管。所述奈米碳管均勻分佈是指奈米碳管結構骨架106中單位面積內的奈米碳管的數量基本相同，且奈米碳管結構骨架106在每一點的厚度基本相同。該奈米碳管結構骨架106可以為由複數個奈米碳管組成的純奈米碳管結構。該奈米碳管可以為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管中的一種或幾種。所述奈米碳管結構骨架106中的奈米碳管之間可以通過凡得瓦爾力緊密結合。該奈米碳管結構骨架106中的奈米碳管為無序或有序排列。這裡的無序排列指奈米碳管的排列方向無規律，這裡的有序排列指至少多數奈米碳管的排列方向具有一定規律。具體地，當奈米碳管結構骨架106包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管可以相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管結構骨架106包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。該奈米碳管結構骨架106的厚度不限，可以為0.5奈米~1釐米，優選地，該奈米碳管結構骨架106的厚度可以為1微米~10微米。所述奈米碳管結構骨架106可包括至少一層奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜。
該奈米碳管拉膜包括複數個通過凡得瓦爾力相互連接的奈米碳管。奈米碳管拉膜可以為由奈米碳管組成的純結構。所述複數個奈米碳管基本沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管拉膜的表面。進一步地，所述奈米碳管拉膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦爾力首尾相連。具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦爾力首尾相連。當然，所述奈米碳管拉膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述奈米碳管拉膜為一自支撐的膜。所述自支撐為奈米碳管拉膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管拉膜置於(或固定於)間隔一固定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管拉膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管拉膜中存在連續的通過凡得瓦爾力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。所述奈米碳管拉膜的厚度可以為0.5奈米~100微米，寬度與長度不限。當奈米碳管層包括多層奈米碳管拉膜時，相鄰兩層奈米碳管拉膜中的奈米碳管的延伸方向之間形成的交叉角度大於等於0度小於等於90度，可以為15度、45度、60度或90度等。本實施例中，所述奈米碳管結構骨架106包括20層奈米碳管拉膜層疊設置，奈米碳管結構骨架106的厚度為2微米。
所述奈米碳管絮化膜包括相互纏繞且均勻分佈的奈米碳管。奈米碳管絮化膜可以為由奈米碳管組成的純結構。所述奈米碳管之間通過凡得瓦爾力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構。所述奈米碳管絮化膜的長度和寬度不限。由於在奈米碳管絮化膜中，奈米碳管相互纏繞，因此該奈米碳管絮化膜具有很好的柔韌性，且為一自支撐結構，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述奈米碳管絮化膜的面積及厚度均不限，厚度為1微米~1毫米。
所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管，奈米碳管沿同一方向或不同方向擇優取向排列。奈米碳管碾壓膜可以為由奈米碳管組成的純結構。奈米碳管也可以是各向同性的。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互部分交疊，並通過凡得瓦爾力相互吸引，緊密結合。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與形成奈米碳管陣列的生長基底的表面形成一夾角β，其中，β大於0度且小於等於15度。依據碾壓的方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管具有不同的排列形式。當沿同一方向碾壓時，奈米碳管沿一固定方向擇優取向排列。可以理解，當沿不同方向碾壓時，奈米碳管可沿複數個方向擇優取向排列。該奈米碳管碾壓膜厚度不限，優選為為1微米~1毫米。
MoP2奈米顆粒108形狀不限，尺寸為奈米級。所述複數個MoP2奈米顆粒108依附在奈米碳管結構骨架106上，附著在奈米碳管的表面和填充於奈米碳管結構骨架106的微孔內。優選地，所述MoP2奈米顆粒108在奈米碳管結構骨架106上均勻分佈。所述MoP2奈米顆粒108在奈米碳管結構骨架上的所述複數個MoP2奈米顆粒108的直徑優選10~500奈米。本實施例中，所述MoP2奈米顆粒108的平均直徑為100奈米。
所述鋰硫電池隔膜100中，複數個MoP2奈米顆粒108的面密度(單位面積的鋰硫電池隔膜100中MoP2奈米顆粒108的品質)不限，可以根據實際需要調整。優選地，所述複數個MoP2奈米顆粒108的面密度為0.1mg/cm2~0.6mg/cm2。本實施例中，所述複數個MoP2奈米顆粒108的面密度大概為0.3mg/cm2，即，所述鋰硫電池隔膜100中，複數個MoP2奈米顆粒108與奈米碳管結構骨架106的品質比為7.5：1。
所述鋰硫電池隔膜100的製備方法包括：提供所述基礎隔膜102；在所述基礎隔膜102的表面鋪設所述奈米碳管結構骨架106；將MoP2奈米顆粒108的懸濁液均勻滴加在奈米碳管結構骨架106上，乾燥後，複數個MoP2奈米顆粒108附著在奈米碳管結構骨架106中的奈米碳管的表面。該複數個MoP2奈米顆
粒108位於奈米碳管結構骨架106的表面或填充於奈米碳管結構骨架106的微孔中。
本發明所提供的鋰硫電池10應用一種特別的隔膜，即鋰硫電池隔膜100。所述鋰硫電池隔膜100包括一基礎隔膜102和與一功能層104。所述功能層104包括了奈米碳管結構骨架106和複數個MoP2奈米顆粒108，並且功能層104正對所述鋰硫電池10的陰極20設置。在鋰硫電池10的充放電過程中，複數個MoP2奈米顆粒108作為固定劑，與溶解的多硫化物產生化學作用從而達到吸附多硫化物的效果；同時，並且MoP2奈米顆粒108也作為催化劑提高多硫化物的氧化還原反應，進一步減少電解液中多硫化物的含量。另外，奈米碳管結構骨架106作為支撐骨架，用於支撐複數個MoP2奈米顆粒108，確保其均勻分佈；奈米碳管結構骨架106在物理上也阻礙了多硫化物遷移。同時，由於奈米碳管良好的導電性能，奈米碳管結構骨架106與陰極20的一個表面接觸，奈米碳管結構骨架106也可以看作集電器為陰極20作為提供豐富的電子通路，降低了鋰硫電池的內部電荷轉移電阻。測試結果顯示，採用所述鋰硫電池隔膜100的鋰硫電池10迴圈性能得到顯著改善，在100次迴圈中，0.2C時每次迴圈的容量衰減為0.152%；在500次迴圈中，1C時每次迴圈的容量衰減為0.025%。原位拉曼光譜也證實了鋰硫電池隔膜100中的功能層104的對多硫化物的吸附作用和MoP2奈米粒子在充放電過程中的催化作用。
請參見圖3，值得注意的是，MoP2奈米顆粒108的面密度也是影響鋰硫電池10的電化學性能的重要參數。在陰極20的初始電容量相同的情況下，100次迴圈後，鋰硫電池隔膜中MoP2奈米顆粒108面密度較低時(0.1mg/cm2)，陰極20的電容衰減至783.9mAh/g；鋰硫電池隔膜中MoP2奈米顆粒108面密度較高時(0.6mg/cm2)，陰極20的容量衰變至657.5mAh/g；鋰硫電池隔膜中MoP2奈米顆粒108面密度處於中間值時(0.3mg/cm2)，陰極20的容量衰變至905.4mAh/g。這說明MoP2奈米顆粒108的面密度並非越高越好或者越低越好。造成這種情況的原因是：當面密度較低時，多硫化物的吸附可能不完全；而當面密
度較高時，吸附的多硫化物的量可能難以解吸，因為相互作用強烈。本發明中所提供MoP2奈米顆粒的面密度在0.1mg/cm2至0.6mg/cm2之間是一個優選的範圍。
以下，本發明將以本實施例中所提供的鋰硫電池10與對比鋰中所提供的傳統的鋰硫電池之間對比測試結果來說明本發明所提供的鋰硫電池隔膜100對鋰硫電池性能的提升。圖4~圖8中，MoP2/CNT中間層隔膜所對應的曲線代表本實施例所提供的鋰硫電池10，原始隔膜所對應的曲線代表對比例所提供的傳統鋰硫電池。其中，本發明實施例所提供的鋰硫電池10的隔膜採用鋰硫電池隔膜100，即包括所述基礎隔膜102和所述功能層104；對比例中所提供的傳統鋰硫電池直接採用基礎隔膜作為電池的隔膜，不含有功能層，其他特徵與本發明實施例所提供的鋰硫電池10的特徵相同。
圖4為本發明實施例的鋰硫電池和對比例中的鋰硫電池的恒流充放電迴圈測試結果對比圖。從該圖可以看出，本發明實施例所提供的鋰硫電池表現出比對比例中傳統鋰硫電池更高的迴圈保持率。本發明實施例中的鋰硫電池初始比放電容量為1223.2mAh/g，100次迴圈後容量衰減至905.4mAh/g，容量保持率為74.02%；且，從第二次放電後，每個週期的容量衰減率僅為0.152%。而對比例中所提供傳統鋰硫電池在100次迴圈後，電池容量保持率為33.2%(360mAh/g)。由此可見，本發明實施例所提供的鋰硫電池具有更好的迴圈性能，足以說明本發明所提供的硫硫電池隔膜對整個電池迴圈性能的提升作用。
圖5為本發明實施例的鋰硫電池和對比例中的鋰硫電池在0.2C時的充放電電壓特徵曲線。所述電壓特徵曲線中，兩個平臺表面硫的多階減少。充電時的平臺和放電時的平臺之間的電壓滯後△E是電池系統中電化學可逆性的重要指標。從圖中可以看出，對比例中所提供的鋰硫電池的△E值為0.32V；本發明實施例所提供的鋰硫電池的△E值為0.25V。鋰硫電池的△E值越低，說明電池內部極化情況越弱，對於電池的倍率性能也就越好。本發明實施例所提供的
鋰硫電池的△E值的降低主要是因為鋰硫電池隔膜中，MoP2奈米顆粒的存在提高了多硫化物的轉化活性。
圖6為本發明實施例的鋰硫電池和對比例中的鋰硫電池以0.2C(1C=1600mA/g)的電流密度放電時的高平臺區對應的比容量。鋰硫電池中，高平臺區容量對應的是單質硫S轉化為Li2S4的過程，這部分比容量越高，說明鋰硫電池隔膜對多硫化物的穿梭效應的抑制效果越好。由圖6可以看出，本發明實施例所提供的鋰硫電池中，鋰硫電池隔膜對多硫化物的穿梭效應具有更好的抑制效果。
圖7為對比例中的鋰硫電池在放電到2.08V時陰極以及陽極對應中間產物的拉曼光譜圖。圖8為本發明實施例中的鋰硫電池在放電到2.08V時陰極以及陽極對應中間產物的拉曼光譜圖。對於對比例中的鋰硫電池，從圖7中可以看出，在陰極和陽極兩側都可以觀察到Li2S6和Li2S2的峰，說明電池的陰極和陽極兩側均有的Li2S6和Li2S2物質，鋰硫電池隔膜沒有起到抑制多硫化物的穿梭效應的作用。對於本發明實施例所提供的鋰硫電池，Li2S6和Li2S2的峰僅在陰極的一側觀察到，在陽極沒有出現多硫化物的峰，這說明本發明實施例中的鋰硫電池隔膜對多硫化物的穿梭效應具有良好的抑制作用。
本發明第二實施例提供一鋰硫電池，該鋰硫電池包括一陰極，一陽極、一鋰硫電池隔膜及電解液。所述電解液位於陰極和陽極之間。所述鋰硫電池隔膜設置在陰極和陽極之間，位於電解液中。所述鋰硫電池隔膜包括一基礎隔膜及一功能層層疊設置。所述功能層正對陰極設置，即，功能層位於陰極和基礎隔膜之間。本實施例所提供的鋰硫電池與第一實施例中的鋰硫電池10結構基本相同，其不同之處在於鋰硫電池隔膜的部分結構。
請參見圖9，第二實施例中所提供的鋰硫電池隔膜200包括一基礎隔膜202以及一功能層204。所述基礎隔膜202為一平面結構，是具有一定厚度的薄膜。所述基礎隔膜202具有一第一表面以及與該第一表面相對設置的第二表面。
第一表面正對陰極20設置，第二表面正對陽極30設置。所述功能層204設置在第一表面。功能層204位於陰極20和基礎隔膜202的第一表面之間。
所述功能層204包括複數個MoP2奈米顆粒208和複數個奈米碳管210。所述複數個MoP2奈米顆粒208和複數個奈米碳管210相互混合均勻分佈。複數個奈米碳管210之間可以相互纏繞。所述MoP2奈米顆粒208也可以被奈米碳管210纏繞。所述複數個MoP2奈米顆粒208和複數個奈米碳管210可以通過凡得瓦爾力相互連接形成一整體結構。所述鋰硫電池隔膜200中，複數個MoP2奈米顆粒208的面密度(單位面積的鋰硫電池隔膜200中MoP2奈米顆粒208的品質)不限，可以根據實際需要調整。優選地，所述複數個MoP2奈米顆粒208的面密度為0.1mg/cm2~0.6mg/cm2。
在一些實施例中，所述功能層204僅包括複數個MoP2奈米顆粒208和複數個奈米碳管210，不含有其他材料。在另一些實施例中，所述功能層204還可以進一步包括炭黑和石墨烯等導電顆粒。可選擇地，功能層204還可以進一步包括黏結劑，用於固定複數個MoP2奈米顆粒208和複數個奈米碳管210。
所述鋰硫電池隔膜200的製備方法包括：配製MoP2奈米顆粒208和奈米碳管210的混合液，攪拌均勻；提供一基礎隔膜202，MoP2奈米顆粒208和奈米碳管210的混合液塗覆在基礎隔膜202的表面，乾燥後形成功能層。
除上述特徵外，第二實施例所提供的鋰硫電池與第一實施例所提供的鋰硫電池10的其他結構和性能相同，在此不再一一贅述。
本發明第三實施例提供一鋰硫電池，該鋰硫電池包括一陰極，一陽極、一鋰硫電池隔膜及電解液。所述電解液位於陰極和陽極之間。所述鋰硫電池隔膜設置在陰極和陽極之間，位於電解液中。所述鋰硫電池隔膜包括一基礎隔膜及一功能層層疊設置。所述功能層正對陰極設置，即，功能層位於陰極和基礎隔膜之間。本實施例所提供的鋰硫電池與第一實施例中的鋰硫電池10結構基本相同，其不同之處在於鋰硫電池隔膜的部分結構。
請參見圖10，第三實施例中的鋰硫電池隔膜300包括一基礎隔膜302以及一功能層304。所述基礎隔膜302為一平面結構，是具有一定厚度的薄膜。所述基礎隔膜302具有一第一表面以及與該第一表面相對設置的第二表面。第一表面正對陰極20設置，第二表面正對陽極30設置。所述功能層304設置在第一表面。所述功能層304位於陰極20和基礎隔膜302的第一表面之間。
所述功能層304包括複數個MoP2奈米顆粒308和複數個石墨烯片312。所述複數個MoP2奈米顆粒308和複數個石墨烯片312相互混合均勻分佈。複數個石墨烯片312之間可以相互搭接或層疊設置，形成一整體的石墨烯層。所述複數個MoP2奈米顆粒308附著在複數個石墨烯片312的表面。在一些實施例中，所述功能層304僅包括MoP2奈米顆粒308和石墨烯片312，不含有其他材料。
所述石墨烯層中的石墨烯片312通過凡得瓦爾力相互連接。該石墨烯層中的石墨烯片312的排列方式可以為相互交疊設置、並列設置或者相互重合設置。石墨烯片具有良好的導電性能。所述石墨烯片312的厚度小於等於100奈米。本實施例中，石墨烯片312的厚度為0.5奈米至100奈米。所述石墨烯層的厚度為單層石墨烯片312的厚度至1毫米。
所述鋰硫電池隔膜300中，複數個MoP2奈米顆粒308的面密度(單位面積的鋰硫電池隔膜200中MoP2奈米顆粒308的品質)不限，可以根據實際需要調整。優選地，所述複數個MoP2奈米顆粒308的面密度為0.1mg/cm2~0.6mg/cm2。
所述鋰硫電池隔膜300的製備方法包括以下步驟：首先，提供一定量氧化石墨烯片，將該氧化石墨烯片置入一溶劑中形成一混合物；超聲振盪該混合物，使氧化石墨烯片均勻分散並懸浮在該溶劑中從而獲得一氧化石墨烯片分散液；將所述石墨烯片分散液通過抽濾的方式形成石墨烯層；將石墨烯層轉移至基礎隔膜302的表面；將MoP2奈米顆粒308的懸濁液均勻滴加在石墨烯層上，乾燥後，複數個MoP2奈米顆粒308附著在石墨烯層中的石墨烯片312的表面或位於石墨烯片312之間。
所述鋰硫電池隔膜300中，複數個MoP2奈米顆粒308和複數個石墨烯片312均勻分佈；所述複數個石墨烯片312相互搭接或者層疊設置形成的石墨烯層可以使電解液順利通過的同時，在物理上也阻礙了多硫化物遷移。
除上述特徵外，第三實施例所提供的鋰硫電池與第一實施例所提供的鋰硫電池10的其他結構和性能相同，在此不再一一贅述。
另外，本領域技術人員還可以在本發明精神內做其他變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍內。綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
Claims (10)
- 一種鋰硫電池隔膜，包括一基礎隔膜以及一功能層，所述功能層設置在基礎隔膜的表面，其中，所述功能層包括複數個MoP2奈米顆粒和複數個石墨烯片，所述複數個MoP2奈米顆粒和複數個石墨烯片相互混合均勻分佈，該複數個石墨烯片之間相互搭接或層疊設置，形成一整體的石墨烯層，所述複數個MoP2奈米顆粒附著在複數個石墨烯片的表面，所述鋰硫電池隔膜應用於鋰硫電池時，該功能層正對該鋰硫電池的陰極設置。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述基礎隔膜包括一第一表面以及與該第一表面相對設置的第二表面，所述第一表面正對所述陰極設置，第二表面正對所述鋰硫電池的陽極設置，所述功能層設置在第一表面上，位於陰極和基礎隔膜的第一表面之間。
- 如請求項第2項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述功能層與所述陰極的一個表面相互接觸。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述石墨烯層中的石墨烯片通過范德華力相互連接。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述石墨烯層中的石墨烯片的排列方式為相互交疊設置、並列設置或者相互重合設置。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述石墨烯片的厚度為0.5奈米至100奈米。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述複數個MoP2奈米顆粒的直徑為10~500奈米。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述複數個MoP2奈米顆粒的面密度為0.1mg/cm2~0.6mg/cm2。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述功能層的厚度為2~5微米。
- 如請求項第1項所述之鋰硫電池隔膜，其中，所述功能層由石墨烯和 MoP2奈米顆粒組成。
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