[发明专利]一种氟化石墨烯/硫复合材料及其制备方法和在锂电池上的应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，本发明提供了一种氟化石墨烯/硫复合材料及其制备方法和在锂电池上的应用。将所述氟化石墨烯/硫复合材料涂覆在基底表面制备得到的隔膜，其组装的锂电池在充放电过程中可原位生成SEI膜，克服锂电池稳定性不够及循环寿命较短的缺点，即经过氟化石墨烯/硫复合材料涂抹的隔膜，组装电池后，随着循环次数的增多，容量的衰减程度变小，表明其循环性能明显提高。所述工艺简单可行，操作方便，普适性强。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种氟化石墨烯/硫复合材料及其制备方法和在锂电池上的应用。

背景技术

锂离子电池对日常生活产生了深远的影响，由于其具有比能量高、循环性能好、无污染等优良特性，已经广泛应用于移动电话、数码相机以及便携式计算机等数码产品中，因此也成为近年来化学电源界的研究热点。商业化的使用碳负极的锂离子电池现已基本接近其理论容量，难以满足便携电子设备、电动汽车和大规模能量存储等方面越来越高的应用要求。发展高比能量密度的先进能源存储器件是新能源领域面临的重大挑战之一。

最近5年来，随着研究工具和纳米科技的发展，研究者们基于这些技术在锂电池的研究上取得了多个重大进展。研究表明，在锂离子电池充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，电解液发生还原、分解，形成SEI膜，厚度从几十纳米到几百纳米不等，其成分也比较复杂，通常含有Li₂CO₃、LiF、Li₂O、LiOH等各种无机成分和ROCO₂Li、ROLi、(ROCO₂Li)₂等各种有机成分。通过对锂电池进行了深入细致的研究，发现优良的SEI膜能提高电池的循环效率和可逆容量等性能。在SEI膜形成过程中，未修饰的金属锂表面钝化膜会与电解液反应，从而造成金属锂表面的不平整，加速了锂的不均匀沉积及锂枝晶的产生。另外，锂电池在循环过程中，SEI膜不断的破裂和生成，从而持续地消耗金属锂和电解液，最终导致锂电池的失效。因此，去除金属锂表面不稳定的钝化膜，并构建能稳定存在的SEI膜是解决金属锂负极问题的有效方法之一。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氟化石墨烯/硫复合材料及其制备方法和在锂电池上的应用；将所述氟化石墨烯/硫复合材料涂覆在电池隔膜至少一侧表面，其在充放电过程中可以原位形成一层致密的SEI膜，有效提高了电池的稳定性。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种氟化石墨烯/硫复合材料，所述复合材料是以氟化石墨烯和硫为原料，利用高温焙烧方法，制备得到所述氟化石墨烯/硫复合材料。

根据本发明，所述高温焙烧方法为：将氟化石墨烯和硫混合，高温处理。

根据本发明，所述复合材料是通过如下方法制备得到的：

(a)将氟化石墨烯和硫粉混合均匀；

(b)惰性气氛中，在150-180℃(如160℃)下加热5-15小时，然后升温至350-500℃(如400℃)，继续加热5-15小时，制备得到氟化石墨烯/硫复合材料。

根据本发明，由于所述氟化石墨烯和硫粉均为固体，故步骤(a)的混合过程可以辅以搅拌、球磨或研磨等混合方式；所述氟化石墨烯和硫粉的质量比满足复合材料中各组分的质量百分含量即可。

根据本发明，步骤(b)的惰性气氛可以是在氮气、氦气或氩气等气氛下进行高温处理；且所述的高温处理可以在管式炉等可以进行高温处理的装置中进行。

根据本发明，所述氟化石墨烯和硫的质量百分含量没有特别的限定，其可以为本领域技术人员知晓的能制备得到复合材料的任一质量百分含量；优选地，所述氟化石墨烯的质量百分含量为10-50wt％；所述硫的质量百分含量为50-90wt％。还优选地，所述氟化石墨烯的质量百分含量为15-35wt％；所述硫的质量百分含量为65-85wt％。