一种锂硫电池隔膜及其制备方法与应用

本申请涉及锂硫电池，具体涉及一种锂硫电池隔膜的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着社会科技与工业的快速发展，不断增长的能源需求推动了储能技术的发展，而锂离子电池存在电极材料成本高、充放电比容量低等缺点，锂硫电池有几个主要优点，其中之一是高理论能量密度(2600wh kg-1)。其他理想的特性包括活性材料硫的丰富性和环境相容性，锂硫电池超越了锂离子电池，实现了更高的能量密度和更低的成本。锂硫电池最近被认为是下一代储能的最有希望的候选者之一。

2、锂硫电池的实际应用受到诸多障碍的限制。其中包括硫的低电导率、锂金属负极产生的锂枝晶、在充电和放电过程中发生的体积变化。以及锂硫电池中最严重的问题：溶解在电解质中的多硫化物中间体(li2sn，4≤n≤8)之间的穿梭效应。尽管通过对隔膜研发的不断进步使锂硫电池的性能得到了显著的改善，但是，目前的隔膜大多仍存在抑制多硫化物穿梭的效果差、热稳定性较差、机械性能较差、成本高等问题，难以实现锂硫电池的大规模生产。

技术实现思路

1、技术问题本申请提供了一种锂硫电池隔膜的制备方法，能够解决目前隔膜大多存在成本高、难以实现锂硫电池大规模应用的问题，实现了隔膜基膜与隔膜涂层的一体化，隔膜具有优良的热稳定性、机械稳定性、化学稳定性和较高的孔隙率，孔径均匀，有利于保证锂硫电池的性能。

2、技术方案

3、本申请提供了一种锂硫电池隔膜，所述锂硫电池隔膜包括基膜和涂层，其中，

4、所述基膜为复合多孔膜，

5、所述涂层为两亲嵌段共聚物薄膜，所述涂层覆盖在所述基膜上，其中，

6、所述两亲嵌段共聚物薄膜由两亲嵌段共聚物溶液涂覆在基膜表面形成，所述两亲嵌段共聚物由多个嵌段组成。

7、在一实施例中，所述基膜为聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜及聚醚砜膜中的任意一种。

8、在一实施例中，所述两亲嵌段共聚物由第一嵌段和第二嵌段组成，其中，

9、所述第一嵌段为，聚砜、聚苯乙烯、聚醚砜中的任意一种,

10、所述第二嵌段为，聚乙二醇、聚环氧乙烷中的任意一种。

11、在一实施例中，：所述涂层的厚度为1-100μm，所述基膜的厚度为1-100μm，所述基膜上设置有孔，所述孔的孔径为100nm-500nm。

12、本申请还提供一种锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

13、步骤一：将两亲嵌段共聚物溶解在有机溶剂中，配制两亲嵌段共聚物溶液；

14、步骤二：将基膜在液体中，常温浸润5min后取出，平铺在玻璃基底上；

15、步骤三：将基膜表面的液体除去后，将步骤一中配置好的所述两亲嵌段共聚物溶液均匀的涂覆在所述基膜表面；

16、步骤四：将涂覆两亲嵌段共聚物溶液后的基膜进行热处理成膜，得到两亲嵌段共聚物层-基膜层的复合膜片；

17、步骤五：制备复合溶胀剂，同时将所述两亲嵌段共聚物层-基膜层复合膜片40-100℃条件下放置于复合溶胀剂中，溶胀开孔，所述开孔的时间为5min-5h，得到开孔复合膜片，其中，所述复合溶胀剂是由溶剂a和溶剂b混和组成的溶剂对；

18、步骤六：开孔后，将所述开孔复合膜片进行真空干燥处理，所述干燥时间为4-12小时，制备得到锂硫电池隔膜。

19、在一实施例中，步骤一所述有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的任意一种；

20、步骤二所述液体为水、乙二醇、硅油中的任意一种。

21、在一实施例中，步骤一所述两亲嵌段共聚物溶液的质量百分浓度为0.5-30％。

22、在一实施例中，步骤三中的所述两亲嵌段共聚物溶液的用量为0.001-0.2ml/cm2基膜。

23、在一实施例中，步骤五中，所述复合溶胀剂是由溶剂a和溶剂b混和组成的“溶剂对”；

24、所述溶剂a与聚砜类聚合物有较高的亲和性；所述溶剂b与极性聚合物有较高的亲和性，其中，所述溶剂对选自水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮。

25、本申请还提供一种锂硫电池隔膜，在制备锂硫电池中的应用。

26、技术效果：

27、1)本申请的锂硫电池隔膜实现了隔膜基膜与隔膜涂层的一体化，降低了锂硫电池的装配难度。

28、2)本申请的锂硫电池隔膜制备过程不涉及化学反应，无质量损失。

29、3)本申请的锂硫电池隔膜表面孔径分布窄，且孔道大小可通过选择性溶胀程度进行一定范围的调节。

30、4)本申请的锂硫电池隔膜的制备方法简单，易于操作，嵌段共聚物用量较少，制备成本低，易于放大和规模化生产。

技术特征：

1.一种锂硫电池隔膜，其特征在于，所述锂硫电池隔膜包括基膜和涂层，其中，

2.根据权利要求1所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述基膜为聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜及聚醚砜膜中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述两亲嵌段共聚物由第一嵌段和第二嵌段组成，其中，

4.根据权利要求1所述的锂硫电池隔膜，其特征在于，所述涂层的厚度为1-100μm，所述基膜的厚度为1-100μm，所述基膜上设置有孔，所述孔的孔径为100nm-500nm。

5.一种权利要求1-4任一项所述的锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的任意一种；

7.根据权利要求5所述的锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述两亲嵌段共聚物溶液的质量百分浓度为0.5-30％。

8.根据权利要求5所述的锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤三中的所述两亲嵌段共聚物溶液的用量为0.001-0.2ml/cm2基膜。

9.根据权利要求5所述的锂硫电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述复合溶胀剂是由溶剂a和溶剂b混和组成的溶剂对；

10.权利要求1所述的锂硫电池隔膜，在制备锂硫电池中的应用。

技术总结
本申请提供了一种锂硫电池隔膜及其制备方法与应用，本申请的锂硫电池隔膜是由贴合紧密的隔膜基膜和隔膜涂层组成，其中隔膜基膜是作为支撑层的复合多孔膜，隔膜涂层为共聚物薄膜。本申请通过选择性溶胀法和热处理制备得到锂硫电池隔膜，隔膜制备方法简单，不涉及化学反应，无质量损失，成本较低，隔膜具有较高的机械强度，规整的表面结构与丰富的孔结构。隔膜具有良好的化学稳定性，电解液润湿性和热稳定性，有利于提高锂硫电池的性能，具有较为广阔的应用前景。

技术研发人员：王召根,邵伟,汪勇,吴宇平
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13