[發明專利]一種復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202011144287.7
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112259927A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 邱祥云;張濤;戴作強;鄭莉莉;鄭宗敏;張健敏;張洪信
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M50/574
• 分類號: H01M50/574;H01M50/403;H01M50/411;H01M50/451;H01M10/052
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 趙園坤

1.一種復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：主體結構包括復合氧化還原石墨烯復合層和PP隔膜，鋰硫電池隔膜的氧化還原石墨烯復合層質量為0.05～0.08mgcm^-2，氧化還原石墨烯復合層的厚度為1～3μm，氧化還原石墨烯復合層的孔徑主要由孔徑小于2nm的微孔及孔徑小于50nm的小介孔組成。

2.根據權利要求1所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜的具體制備工藝為:

步驟(1)：將4～8g硝酸鉀與160～320mL濃硫酸混合，加入4～8g層狀石墨，在2℃下攪拌1～2h；

步驟(2)：將步驟(1)混合液加入16～32g高錳酸鉀，升溫至35℃后繼續攪1～1.5h；

步驟(3)：將步驟(2)混合液加入50～80mL去離子水后升溫至95℃再攪拌0.5～0.8h；

步驟(4)：在步驟(3)獲得的混合液中加入24～48mL質量分數為30％的雙氧水，直至反應物顏色由深綠色變成黃色；

步驟(5)：將步驟(4)產物進行3500轉/分鐘離心15分鐘，并利用質量分數1～1.5％的鹽酸溶液及去離子水反復清洗5次；

步驟(6)：將步驟(5)產物-15℃冷凍干燥24～40h后獲得氧化石墨烯；

步驟(7)：將去離子水和乙醇按照體積比5:1混合200mL，將步驟(6)所獲的氧化石墨烯加入并進行充分超聲分散5min；

步驟(8)：將步驟(7)產物-15℃冷凍干燥1～1.5天后，在氬氣氣氛保護下800～900℃煅燒1～3h，去離子水反復清洗5次后獲得氧化還原石墨烯；

步驟(9)：將步驟(8)所得的氧化還原石墨烯與十二烷基苯磺酸鈉按質量比1：(2～3.5)混合并加入300mL無水乙醇中；

步驟(10)：將步驟(9)混合液超聲分散0.1～0.3h形成均一的混合液，隨后將其抽濾在PP隔膜上，即得到復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜。

3.根據權利要求2所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜應用裝配到高載硫量鋰硫電池中，高載硫量鋰硫電池包括：硫電極、復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜、金屬鋰片對電極、電解液、電池正負極殼體。

4.根據權利要求3所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述硫電極載硫量為4.1mg cm^-2，硫電極的作為正極，正極組成部分具體為：活性材料為硫，導電劑為炭黑，粘結劑為聚偏氟乙烯，溶劑為N-甲基吡咯烷酮。

5.根據權利要求4所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述硫電極的制備過程為：將活性材料、炭黑、聚偏氟乙烯按質量比70:20:10配比進行混合，與溶劑混合后均勻涂覆于鋁箔上。

6.根據權利要求4所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述電解液為30～50μL 1M LiTFSI-DME/DOL，并加入0.5～1M LiNO₃。

7.根據權利要求6所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述高載硫量鋰硫電池的測試電壓范圍為1.5～2.8V。

8.根據權利要求2所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述鋰硫電池隔膜在0.2C(1C＝1675mAh g^-1)的循環倍率下，首次放電容量達799mAh g^-1，100周后平均容量保持率高達93％。

9.根據權利要求2所述的復合氧化還原石墨烯的鋰硫電池隔膜，其特征在于：所述鋰硫電池隔膜具有長期機械穩定性，能夠實現長期的硫化物穿梭抑制和導電網絡功能。