本發(fā)明涉及鋰硫電池領(lǐng)域，特別涉及一種鋰硫電池隔膜的制備方法。

背景技術(shù)：

鋰硫電池是以金屬鋰為負(fù)極，單質(zhì)硫為正極的電池體系。鋰硫電池的具有兩個放電平臺（約為2.4 V 和2.1 V），但其電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。鋰硫電池具有比能量高（2600 Wh/kg）、比容量高（1675 mAh/g）、成本低等優(yōu)點，被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的新一代電池。但是目前其存在著活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)壽命低和安全性差等問題，這嚴(yán)重制約著鋰硫電池的發(fā)展。造成上述問題的主要原因有以下幾個方面：（1）單質(zhì)硫是電子和離子絕緣體，室溫電導(dǎo)率低（5×10^-30S·cm^-1），由于沒有離子態(tài)的硫存在，因而作為正極材料活化困難；（2）在電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高聚態(tài)多硫化鋰 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于電解液中，在正負(fù)極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負(fù)極，高聚態(tài)多硫化鋰被金屬鋰還原成低聚態(tài)多硫化鋰。隨著以上反應(yīng)的進(jìn)行，低聚態(tài)多硫化鋰在負(fù)極聚集，最終在兩電極之間形成濃度差，又遷移到正極被氧化成高聚態(tài)多硫化鋰。這種現(xiàn)象被稱為飛梭效應(yīng)，降低了硫活性物質(zhì)的利用率。同時不溶性的Li₂S和 Li₂S₂沉積在鋰負(fù)極表面，更進(jìn)一步惡化了鋰硫電池的性能；（3）反應(yīng)最終產(chǎn)物L(fēng)i₂S同樣是電子絕緣體，會沉積在硫電極上，而鋰離子在固態(tài)硫化鋰中遷移速度慢，使電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)速度變慢；（4）硫和最終產(chǎn)物L(fēng)i₂S的密度不同，當(dāng)硫被鋰化后體積膨脹大約79%，易導(dǎo)致Li₂S的粉化，引起鋰硫電池的安全問題。上述不足制約著鋰硫電池的發(fā)展，這也是目前鋰硫電池研究需要解決的重點問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種氟化氧化石墨烯/Celgard復(fù)合隔膜，包括商用Celgard隔膜和氟化氧化石墨烯層組成，所述的氟化氧化石墨烯層的厚度為1～10μm，所述的氟化氧化石墨烯中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%-20%,所述的氟化氧化石墨烯中氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%-20%。

本發(fā)明提供一種氟化氧化石墨烯/Celgard復(fù)合隔膜的制備方法如下：

（1）將氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)加熱反應(yīng)，反應(yīng)氣氛為氮氣和氟氣的混合氣體，反應(yīng)完成后自然冷卻，得到氟化氧化石墨；

（2）將氟化氧化石墨加入到水中超聲分散，形成的懸浮液，再將懸浮液加入到墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到氟化氧化石墨烯/Celgard復(fù)合隔膜。

步驟（1）中加熱反應(yīng)的溫度為50-200℃，反應(yīng)時間10-60分鐘，反應(yīng)氣氛為氮氣和氟氣的混合氣體，其中氟氣所占的體積比為5%-10%;

步驟（2）中氟化氧化石墨超聲時間為1-5小時，氟化氧化石墨懸浮液的濃度為0.1-1mg/mL，抽濾時Celgard隔膜在濾紙的上面與懸浮液直接接觸；

本發(fā)明具有如下有益效果： 氟化氧化石墨烯層中的-F基團(tuán)或氧基團(tuán)為強(qiáng)極性基團(tuán)，能對充放電過程中形成的多硫化物形成強(qiáng)烈的化學(xué)吸附，能有效的阻止多硫化物穿過隔膜到達(dá)負(fù)極，減少飛梭效應(yīng)的發(fā)生，提高鋰硫電池的壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的復(fù)合隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的復(fù)合隔膜制備流程圖。

圖3是本發(fā)明的復(fù)合隔膜的循環(huán)壽命圖。

其中，1為氟化氧化石墨烯層，2為Celgard隔膜。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較優(yōu)的實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

實施例1

（1）將20g氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)加熱到50℃反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)氣氛為含5%的氟氣的氮氟混合氣體，反應(yīng)完成后自然冷卻，得到氟化氧化石墨；

（2）將得到的氟化氧化石墨加入到水中超聲分散，超聲時間為1小時，形成濃度為0.1mg/mL懸浮液，再將懸浮液加入到墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復(fù)合隔膜。

實施例2

（1）將20g氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)加熱到200℃反應(yīng)10分鐘，反應(yīng)氣氛為含10%的氟氣的氮氟混合氣體，反應(yīng)完成后自然冷卻，得到氟化氧化石墨；

（2）將得到的氟化氧化石墨加入到水中超聲分散，超聲時間為5小時，形成濃度為1mg/mL懸浮液，再將懸浮液加入到墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復(fù)合隔膜。

實施例3

（1）將20g氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)加熱到100℃反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)氣氛為含7%的氟氣的氮氟混合氣體，反應(yīng)完成后自然冷卻，得到氟化氧化石墨；

（2）得到的氟化氧化石墨加入到水中超聲分散，超聲時間為3小時，形成濃度為0.5mg/mL懸浮液，再將懸浮液加入到墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復(fù)合隔膜。

實施例4

（1）將20g氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)加熱到150℃反應(yīng)40分鐘，反應(yīng)氣氛為含6%的氟氣的氮氟混合氣體，反應(yīng)完成后自然冷卻，得到氟化氧化石墨；

（2）得到的氟化氧化石墨加入到水中超聲分散，超聲時間為2小時，形成濃度為0.3mg/mL懸浮液，再將懸浮液加入到墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復(fù)合隔膜。

實施例5

（1）將20g氧化石墨放入馬弗爐內(nèi)加熱到120℃反應(yīng)50分鐘，反應(yīng)氣氛為含8%的氟氣的氮氟混合氣體，反應(yīng)完成后自然冷卻，得到氟化氧化石墨；

（2）得到的氟化氧化石墨加入到水中超聲分散，超聲時間為4小時，形成濃度為0.7mg/mL懸浮液，再將懸浮液加入到墊有Celgard隔膜和濾紙的抽濾瓶中抽濾，烘干后撕去濾紙及得到鋰硫電池復(fù)合隔膜。

鋰硫電池的制備及性能測試；將硫單質(zhì)材料、乙炔黑和PVDF 按質(zhì)量比70：20：10在NMP中混合，涂覆在鋁箔上為電極膜，金屬鋰片為對電極，實施例1制備的復(fù)合隔膜做為隔膜，1mol/L的LiTFSI/DOL-DME(體積比1:1)為電解液，1mol/L的LiNO3為添加劑，在充滿Ar手套箱內(nèi)組裝成扣式電池，采用Land電池測試系統(tǒng)進(jìn)行恒流充放電測試。充放電電壓范圍為1-3V，電流密度為0.5C。

對比例采用Celgard隔膜為鋰硫電池隔膜，其他的條件與上述相同。

圖3是本發(fā)明實施例1制備的復(fù)合隔膜組裝成鋰硫電池的循環(huán)壽命圖。從圖中可以看出本發(fā)明制備的復(fù)合隔膜進(jìn)行400次充放電后容量仍保有初始容量的65%，而對比例采用Celgard隔膜組裝成鋰硫電池，進(jìn)行200次循環(huán)后容量進(jìn)為初始容量的40%，說明該復(fù)合隔膜能有效抑制飛梭效應(yīng)，提高硫電池的壽命。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。