[發明專利]一種氟化石墨烯/硫復合材料及其制備方法和在鋰電池上的應用

有效

• 申請號: 201811605125.1
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN111362257B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 王要兵;吳茂祥;王文國;呂江泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B17/00;H01M50/431;H01M50/403
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，本發明提供了一種氟化石墨烯/硫復合材料及其制備方法和在鋰電池上的應用。將所述氟化石墨烯/硫復合材料涂覆在基底表面制備得到的隔膜，其組裝的鋰電池在充放電過程中可原位生成SEI膜，克服鋰電池穩定性不夠及循環壽命較短的缺點，即經過氟化石墨烯/硫復合材料涂抹的隔膜，組裝電池后，隨著循環次數的增多，容量的衰減程度變小，表明其循環性能明顯提高。所述工藝簡單可行，操作方便，普適性強。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種氟化石墨烯/硫復合材料及其制備方法和在鋰電池上的應用。

背景技術

鋰離子電池對日常生活產生了深遠的影響，由于其具有比能量高、循環性能好、無污染等優良特性，已經廣泛應用于移動電話、數碼相機以及便攜式計算機等數碼產品中，因此也成為近年來化學電源界的研究熱點。商業化的使用碳負極的鋰離子電池現已基本接近其理論容量，難以滿足便攜電子設備、電動汽車和大規模能量存儲等方面越來越高的應用要求。發展高比能量密度的先進能源存儲器件是新能源領域面臨的重大挑戰之一。

最近5年來，隨著研究工具和納米科技的發展，研究者們基于這些技術在鋰電池的研究上取得了多個重大進展。研究表明，在鋰離子電池充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發生反應，電解液發生還原、分解，形成SEI膜，厚度從幾十納米到幾百納米不等，其成分也比較復雜，通常含有Li₂CO₃、LiF、Li₂O、LiOH等各種無機成分和ROCO₂Li、ROLi、(ROCO₂Li)₂等各種有機成分。通過對鋰電池進行了深入細致的研究，發現優良的SEI膜能提高電池的循環效率和可逆容量等性能。在SEI膜形成過程中，未修飾的金屬鋰表面鈍化膜會與電解液反應，從而造成金屬鋰表面的不平整，加速了鋰的不均勻沉積及鋰枝晶的產生。另外，鋰電池在循環過程中，SEI膜不斷的破裂和生成，從而持續地消耗金屬鋰和電解液，最終導致鋰電池的失效。因此，去除金屬鋰表面不穩定的鈍化膜，并構建能穩定存在的SEI膜是解決金屬鋰負極問題的有效方法之一。

發明內容

為了改善現有技術的不足，本發明的目的是提供一種氟化石墨烯/硫復合材料及其制備方法和在鋰電池上的應用；將所述氟化石墨烯/硫復合材料涂覆在電池隔膜至少一側表面，其在充放電過程中可以原位形成一層致密的SEI膜，有效提高了電池的穩定性。

本發明目的是通過如下技術方案實現的：

一種氟化石墨烯/硫復合材料，所述復合材料是以氟化石墨烯和硫為原料，利用高溫焙燒方法，制備得到所述氟化石墨烯/硫復合材料。

根據本發明，所述高溫焙燒方法為：將氟化石墨烯和硫混合，高溫處理。

根據本發明，所述復合材料是通過如下方法制備得到的：

(a)將氟化石墨烯和硫粉混合均勻；

(b)惰性氣氛中，在150-180℃(如160℃)下加熱5-15小時，然后升溫至350-500℃(如400℃)，繼續加熱5-15小時，制備得到氟化石墨烯/硫復合材料。

根據本發明，由于所述氟化石墨烯和硫粉均為固體，故步驟(a)的混合過程可以輔以攪拌、球磨或研磨等混合方式；所述氟化石墨烯和硫粉的質量比滿足復合材料中各組分的質量百分含量即可。

根據本發明，步驟(b)的惰性氣氛可以是在氮氣、氦氣或氬氣等氣氛下進行高溫處理；且所述的高溫處理可以在管式爐等可以進行高溫處理的裝置中進行。

根據本發明，所述氟化石墨烯和硫的質量百分含量沒有特別的限定，其可以為本領域技術人員知曉的能制備得到復合材料的任一質量百分含量；優選地，所述氟化石墨烯的質量百分含量為10-50wt％；所述硫的質量百分含量為50-90wt％。還優選地，所述氟化石墨烯的質量百分含量為15-35wt％；所述硫的質量百分含量為65-85wt％。