[发明专利]一种锂硫电池用有机高分子增强石墨烯插层材料

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用有机高分子增强石墨烯插层材料，属于化学储能电池领域。将Tris缓冲液和盐酸多巴胺加入GO分散液中，搅拌至变黑，抽滤，加Tris缓冲液和水，抽滤，得到负载有PG膜的滤膜；将PEI水溶液加到所述滤膜上，抽滤，加Tris缓冲液和水，抽滤，将滤膜取出干燥得到负载有PPG膜的滤膜；浸入氢碘酸溶液，待滤膜溶解，将含杂质的PPG膜取出，用丙酮和水浸泡除杂，干燥后得到所述插层材料。所述插层材料具有良好的机械强度、低孔隙、特定吸附力的官能团位点、极高的表面作用面积和良好的导电性能，能够有效抑制多硫化物穿梭，提升纯硫电极的电传导效率与隔膜对多硫化物的控制能力，有效提高电池能量密度。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池用有机高分子增强石墨烯插层材料，具体地说，所示插层材料具有低孔隙和高活性吸附位点，可有效抑制多硫化物穿梭，属于化学储能电池领域。

背景技术

在环境问题日益严峻，化石能源日益枯竭的今天，开发具有高比能量的二次电池系统显得尤为重要。锂硫电池以其高理论能量密度和低环境影响的优势成为最有潜力的下一代电化学储能系统之一。然而由于多硫化物的穿梭效应和硫电极的电化学惰性所带来的循环稳定性差与活性材料利用率低下等问题严重制约了其实际的应用。为解决以上问题，目前的研究工作主要是通过将硫负载在具有高孔隙率与特定吸附能力的导电基体结构中以改善复合硫电极的综合电化学性能。然而复杂的纳米结构设计对材料的制备时间和成本要求较高，因此在大规模的实际生产中可能难以实现。此外导电基体结构或包覆结构的引入将会降低复合材料中活性硫的相对含量，进而不利于具有高比能量密度的电极极片的制备。

对隔膜直接进行表面功能化涂布或引入中间插层等功能层材料的设计便是解决以上问题的重要方法。传统的聚烯烃类隔膜(PP、PE)可避免正负极的接触短路，同时不会阻碍电解液与锂离子的顺利通过。但由于锂硫电池的充放电机理异常复杂，大量的小分子中间态产物极易在有机电解液中溶解并透过多孔隔膜，进而造成活性物质的流失。因此，有必要对隔膜进行具备特定物理与化学特性的功能层修饰，在提高电极材料电接触的同时，有效弥补隔膜对多硫化物阻隔能力的不足，从而提升电极的综合电化学性能。并且无需制备复杂的复合硫电极，仅通过对隔膜的修饰即可有效提升纯硫电极的电传导效率与隔膜对多硫化物的控制能力，这无疑是非常高效的改善锂硫电池性能的途径之一。

石墨烯因其优异的导电能力、超高的比表面积以及独特的弹性物理结构在锂硫电池中得到普遍应用。并且石墨烯具有典型的二维结构，其平面结构易于组装形成功能薄膜。相比较而言，氧化石墨烯具有丰富的官能团，能够对多硫化物进行额外化学吸附，从而更加有效地抑制多硫化物的穿梭。目前众多研究采用氧化石墨烯作为基元材料，利用其二维结构特征构建薄膜材料，利用氧化石墨烯片层间的孔隙实现锂离子的选择性透过。然而单纯氧化石墨烯抽滤制成的薄膜机械强度有限，其孔隙不足以通过空间位阻效应截留多硫化物，并且很难从滤膜上转移。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂硫电池用有机高分子增强石墨烯插层材料；所述插层材料具有低孔隙和高活性吸附位点，可有效抑制多硫化物穿梭。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种锂硫电池用有机高分子增强石墨烯插层材料，所述插层材料是通过如下制备方法制备得到的，步骤为：

步骤1.将Tris缓冲液和盐酸多巴胺先后依次加入氧化石墨烯(GO)的分散液中，连续搅拌至溶液颜色变为黑色，得到聚多巴胺(PDA)交联的石墨烯溶液，抽滤，加Tris缓冲液和水，再抽滤，得到负载有PDA交联的石墨烯薄膜(下文中PDA交联的石墨烯薄膜简称为PG膜)的滤膜；

步骤2.将聚乙烯亚胺(PEI)水溶液加到负载有PG膜的滤膜上，抽滤，然后加Tris缓冲液和水，再抽滤，抽滤完成后将滤膜取出，干燥后得到负载有PEI与PDA共增强的石墨烯膜(下文中PEI与PDA共增强的石墨烯膜简称为PPG膜)的滤膜；