一種電池隔膜及其制備方法和鋰硫電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池隔膜及其制備方法和鋰硫電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著便攜式電子設(shè)備的迅速發(fā)展，特別是環(huán)境與能源問題驅(qū)動下的混合動力汽車及電力汽車的普及，傳統(tǒng)的鋰離子電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些新型設(shè)備對可逆電池高能量密度的要求。鋰硫電池具有很高的理論比容量(1672mAh/g)及能量密度(2600Wh/kg)，其活性物質(zhì)硫具有資源豐富、價格低廉及環(huán)境友好等優(yōu)點，是一種非常有應(yīng)用前景的新型電池體系。
[0003]然而，鋰硫電池充放電過程中形成的中間產(chǎn)物多硫化鋰易溶于有機(jī)電解液，溶解的多硫化鋰易通過電池隔膜擴(kuò)散到負(fù)極，并與負(fù)極金屬鋰反應(yīng)造成活性物質(zhì)的損失。另外，溶解的多硫化鋰在正負(fù)極之間穿梭，使鋰硫電池發(fā)生自放電現(xiàn)象，放電產(chǎn)物!^。沉積在正負(fù)極表面，造成了電極的嚴(yán)重極化，降低了鋰硫電池的充放電效率，大大降低了鋰硫電池的容量及循環(huán)使用壽命。因此，要加快鋰硫電池的發(fā)展與應(yīng)用，必須要解決多硫化鋰的溶解與擴(kuò)散的問題，并實現(xiàn)對多硫化鋰的再利用。
[0004]為了解決多硫化鋰的溶解與擴(kuò)散問題，現(xiàn)有技術(shù)通過采用多孔碳、中空碳球、金屬氧化物及表面修飾的導(dǎo)電聚合物作為電池的正極材料，用于提高正極材料的導(dǎo)電性，限制單質(zhì)硫的溶出，但是這種方法的效果并不理想?，F(xiàn)有技術(shù)還提出了對電池隔膜進(jìn)行修飾以改善多硫化鋰的溶解與擴(kuò)散，如通過刮刀涂膜法在電池隔膜上覆蓋一層導(dǎo)電碳以阻止含硫物質(zhì)在正極和電池隔膜的界面處累積，從而提高鋰硫電池的電化學(xué)性能(EnergyEnviron.Sc1.2014，7，3381-3390)；在正極與電池隔膜之間額外的添加一張?zhí)幚磉^的碳紙，在一定程度上緩解了多硫化鋰在正負(fù)極之間的穿梭(Phys.Chem.Chem.Phys.2013 ,15 ,2291-2297)。現(xiàn)有技術(shù)提供的這些方法有助于緩解多硫化鋰的溶解與擴(kuò)散的問題，提高鋰硫電池的性能，但是這些方法大大降低了鋰硫電池的能量密度，不利于鋰硫電池的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種電池隔膜及其制備方法和鋰硫電池，本發(fā)明提供的電池隔I旲能夠抑制多硫化裡的溶解與擴(kuò)散，提尚鋰■硫電池性能，同時還能使裡硫電池保持較高的比容量。
[0006]本發(fā)明提供了一種電池隔膜，所述電池隔膜為表面附著有石墨烯的鋰硫電池隔膜。
[0007]優(yōu)選的，所述石墨烯附著在鋰硫電池隔膜的一側(cè)或兩側(cè)表面。
[0008]優(yōu)選的，所述石墨烯為化學(xué)氣相沉積法制備得到的石墨烯。
[0009]優(yōu)選的，所述石墨烯為純石墨烯也可以為氮、硼或硫摻雜的石墨烯。
[0010]優(yōu)選的，所述石墨烯的附著層數(shù)為I層?10層。
[0011]本發(fā)明提供的電池隔膜表面修飾有石墨烯，這種電池隔膜能夠抑制多硫化鋰在電池正負(fù)極之間的穿梭，并利用電池隔膜表面石墨烯的導(dǎo)電能力對溶解在電解液中的多硫化鋰再次利用，從而提高了電池活性物質(zhì)的利用率，進(jìn)而提高鋰硫電池的放電容量及循環(huán)壽命等性能。本發(fā)明采用石墨烯對電池隔膜進(jìn)行修飾，石墨烯僅有單個或數(shù)個原子層厚，可以大大減少電池總質(zhì)量的增加，從而避免電池能量密度的損失。
[0012]本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的電池隔膜的制備方法，包括:
[0013]采用石墨烯轉(zhuǎn)移法將石墨烯轉(zhuǎn)移至鋰硫電池隔膜表面，得到電池隔膜;所述石墨烯轉(zhuǎn)移法包括膜轉(zhuǎn)移法和熱壓轉(zhuǎn)移法中的一種或幾種。
[0014]優(yōu)選的，所述膜轉(zhuǎn)移法過程中采用的膜為熱釋放膠帶、壓敏膜、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。
[0015]本發(fā)明提供的方法制備得到的電池隔膜能夠提高鋰硫電池的放電容量及循環(huán)壽命等性能，可以大大減少電池總質(zhì)量的增加，從而避免電池能量密度的損失。
[0016]本發(fā)明提供了一種鋰硫電池，所述鋰硫電池的隔膜為上述技術(shù)方案所述的電池隔膜。
[0017]優(yōu)選的，所述鋰硫電池中電池隔膜附著有石墨烯的一側(cè)或朝向鋰硫電池正極材料，或朝向鋰硫電池負(fù)極金屬鋰。
[0018]優(yōu)選的，所述鋰硫電池中電池隔膜附著有石墨烯的一面朝向鋰硫電池正極材料，另一面朝向鋰硫電池負(fù)極金屬鋰。
[0019]優(yōu)選的，所述鋰硫電池的正極材料包括硫單質(zhì)或石墨烯-硫復(fù)合材料等正極材料。
[0020]本發(fā)明提供的鋰硫電池中的電池隔膜為上述技術(shù)方案所述的電池隔膜，這種鋰硫電池具有較好的放電容量及循環(huán)壽命等性能。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為Celgard2400聚丙烯隔膜和本發(fā)明實施例3制備得到的電池隔膜的光學(xué)圖片;
[0023]圖2為Celgard2400聚丙烯隔膜和本發(fā)明實施例3制備得到的電池隔膜的掃描電鏡(SEM)圖片；
[0024]圖3為Celgard2400聚丙烯隔膜和本發(fā)明實施例3制備得到的電池隔膜的拉曼光譜；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例6和比較例I制備得到的鋰硫電池首次充放電曲線；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例6和比較例I制備得到的鋰硫電池的循環(huán)次數(shù)-放電比容量曲線。
【具體實施方式】
[0027]下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]本發(fā)明提供了一種電池隔膜，所述電池隔膜為表面附著有石墨烯的鋰硫電池隔膜。
[0029]本發(fā)明對所述鋰硫電池隔膜沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的鋰硫電池隔膜即可。在本發(fā)明的實施例中，所述鋰硫電池隔膜可以為單層聚丙烯隔膜也可以為聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層膜。在本發(fā)明的實施例中，所述單層聚丙烯隔膜的厚度為16μπι?25μπι;在其他的實施例中，所述單層聚丙烯隔膜的厚度為18μπι?22μπι。在本發(fā)明的實施例中，所述聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層膜的厚度為30μπι?40μπι;在其他的實施例中，所述聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層膜的厚度為32μπι?38μπι;在另外的實施例中，所述聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層膜的厚度為34μπι?36μπι。在本發(fā)明的實施例中，所述鋰硫電池隔膜可以為Celgard系列隔膜。
[0030]在本發(fā)明的實施例中，所述石墨烯可以附著在一側(cè)鋰硫電池隔膜表面，也可以附著在兩側(cè)鋰硫電池隔膜表面。在本發(fā)明的實施例中，所述石墨烯的附著層數(shù)為I層?10層；在其他的實施例中，所述石墨烯的附著層數(shù)為2層?8層;在另外的實施例中，所述石墨烯的附著層數(shù)為4層?6層。
[0031]在本發(fā)明的實施例中，所述石墨烯為化學(xué)氣相沉積法制備得到的石墨烯。本發(fā)明對所述化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的具體方法沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯即可。在本發(fā)明的實施例中，所述化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的具體過程為:
[0032]將基底升溫后通入還