[发明专利]氧化石墨烯负载聚-β-环糊精锂硫电池隔膜材料的制备方法

说明书

氧化石墨烯负载聚‑β‑环糊精锂硫电池隔膜材料的制备方法，属于化学电池领域，先将聚‑β‑环糊精负载到氧化石墨烯溶液上，取得负载聚‑β‑环糊精的氧化石墨烯溶液，再通过抽滤装置将负载聚‑β‑环糊精的氧化石墨烯溶液在锂硫电池隔膜Celgard 2400上抽干，真空干燥，取得氧化石墨烯负载聚‑β‑环糊精锂硫电池隔膜材料。本发明制备方法简单，制备出的GO@β‑CDP隔膜材料有较好的电化学优势，并且β‑CDP负载的石墨烯在常规Celgard 2400上层状分明，材料具有独特的性能，使其能有效的阻止多硫化物流向锂硫电池负极，因此可以达到提高电池的库伦效率与循环稳定性的效果。

技术领域

本发明属于化学电池领域，具体涉及锂硫电池隔膜材料生产技术领域。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭及其燃烧所带来的日益严重的环境问题，迫切需要寻找新型能源，同时手机、笔记本电脑、数码相机等便携式设备和电动汽车的快速发展，可多次充放电的二次电池得到了广泛应用。其中，出现于20世纪90年代的锂离子二次电池是目前世界上公认的新一代化学电源，已成功商品化并在便携式设备领域中飞速发展。但在电动汽车、航空航天和国防装备等领域，目前商品化锂离子二次电池受限于能量密度，已远不能满足技术发展的需求。因此，需要急切研究开发具有更高能量密度、更长循环寿命、低成本和环境友好等特征的新型化学电源。

其中以金属锂为负极，单质硫为正极材料的锂硫二次电池（简称锂硫电池），其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672mAh·g^-1和2600Wh/kg，目前锂硫电池的实际能量密度已达到390Wh/kg，远高于其他LiFeO₄、LiMn₂O₄等商业化的电极材料。

锂硫电池在放电过程中，单质硫被还原为S^-2的过程中会有多个中间态生成，其中Li₂Sn (4≤n≤8)易溶于有机电解液，从正极向负极扩散，随着放电的进行，最终在负极生成Li₂S沉积下来，而Li₂S不溶于有机电解液，造成锂硫电池循环性差、库仑效率低、自放电率高等问题，延缓了其实用化的步伐。

发明内容

本发明的目的在于制备出一种产品成本低廉、设备要求简单、循环稳定性较好的氧化石墨烯负载聚-β-环糊精锂硫电池隔膜材料的制备方法，以使该方法生产的产品能替代目前常见的锂硫电池隔膜，从而提高锂硫电池的电化学性能。

本发明的制备方法是：先将聚-β-环糊精负载到氧化石墨烯溶液上，取得负载聚-β-环糊精的氧化石墨烯溶液，再通过抽滤装置将负载聚-β-环糊精的氧化石墨烯溶液在锂硫电池隔膜Celgard 2400上抽干，真空干燥，取得氧化石墨烯负载聚-β-环糊精锂硫电池隔膜材料。

与现有技术相比，本发明工艺的优点是：（1）制备方法简单，操作简便，制备出的GO@β-CDP隔膜材料有较好的电化学优势，并且β-CDP负载的石墨烯在常规Celgard 2400上层状分明。（2）制备的聚-β-环糊精氧化石墨烯隔膜材料具有独特的性能，使其能有效的阻止多硫化物流向锂硫电池负极，因此可以达到提高电池的库伦效率与循环稳定性的效果。

进一步地，本发明所述氧化石墨烯和聚-β-环糊精的投料质量比为2∶1。聚-β-环糊精具有束缚多硫化物的作用，而加的量过多会使聚-β-环糊精从石墨烯上脱落，加的量太少又起不到束缚多硫化物的作用，我们做过大量的实验，最终发现氧化石墨烯和聚-β-环糊精的投料质量比为2∶1是最好的投料比，即提升了电池性能，又节约了原料。

所述氧化石墨烯的浓度为1.5mg/ml。该浓度下的石墨烯分散均匀，能很好的与聚-β-环糊精结合，提供了一个较优的反应环境，石墨烯浓度太大或太小都会影响聚-β-环糊精与石墨烯的结合，当然这不是绝对浓度，石墨烯浓度在1mg/ml -2mg/ml间对其反应的影响不是很大。因此本发明优选了使用1.5mg/ml的氧化石墨烯。