[发明专利]多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合型锂硫电池隔膜材料

说明书

本发明为多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合型锂硫电池隔膜材料，该隔膜材料包括还原氧化石墨烯包覆多孔氮化硼纤维的结构，这种包覆的结构能够在缓解多硫化锂穿梭效应的同时为正极提供有效的导电通路。该复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法包括以下步骤：将多孔氮化硼纤维与氧化石墨烯水溶液混合搅拌处理，至混合均匀得到多孔氮化硼纤维/氧化石墨烯复合材料；再在氮气条件下高温处理，高温条件为800‑1500℃，得到多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合材料；再将多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合材料与粘结剂混合研磨后，用刮刀涂在隔膜主体上烘干，得到。在锂硫电池中表现出优异的倍率、容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池隔膜材料，具体涉及一种多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合型锂硫电池隔膜材料。

背景技术

锂离子电池是以锂插层电化学为基础的储能设备。目前，锂离子电池的最高能量密度已接近极限，但无法满足新兴电动汽车、混合电动汽车以及下一代便携式电子设备的迫切要求，其需要获得更高能量密度的先进电池体系。在替代电池技术中，锂硫电池因其理论能量密度高(2500Wh kg^-1)、成本低、对环境影响小等优点，被认为是最有前途的下一代储能系统之一。

尽管有这些优点，但锂硫电池的实际应用仍然受到一些问题的阻碍，其中包括硫和硫化锂的导电率低，多硫化物(LiPSs)的穿梭效应，以及循环过程中硫的体积变化大。在这些障碍中，穿梭机效应被认为是限制锂硫电池商业应用的主要障碍。因此，在过去十年中，为解决这一复杂问题作出了许多努力。由于硫的高导电性和大的比表面积，将硫渗透到各种碳纳米结构中是最常见的策略之一。然而，由于非极性碳对极性LiPSs的物理截留作用较弱，多硫化物的穿梭运动很难受到抑制，特别是在长循环时间内。

发明内容

针对上述背景技术存在的问题，本发明的目的在于结合多孔氮化硼纤维(BNFs)和还原氧化石墨烯(rGO)的优点，提供一种多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合型锂硫电池隔膜材料。这种包覆的多孔结构有助于将可溶的多硫化物固定在正极区域，防止其扩散到负极，降低活性硫的损失，从而提高了循环稳定性。同时，与氮化硼纳米片相比，多孔氮化硼纤维有大量的活性官能团，对多硫化物有极强的吸附能力，能与还原氧化石墨烯形成包裹结构，从而能够有效的抑制多硫化物的穿梭效应。并且还原氧化石墨烯能够构建高效、稳定的电子导电通道，显著提高了正极的导电性，也有利于结构的完整性。这种包覆的多孔隔膜材料能改善锂硫电池的充放电比容量、热稳定性以及循环寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合型锂硫电池隔膜材料，其特征在于，该隔膜材料包括还原氧化石墨烯包覆多孔氮化硼纤维的结构，这种包覆的结构能够在缓解多硫化锂穿梭效应的同时为正极提供有效的导电通路。

所述多孔氮化硼纤维的直径和长度分别为50～100nm和10～20μm，多孔氮化硼纤维表面孔隙的直径小于10nm。所述还原氧化石墨烯为氧化石墨烯在800～1500℃摄氏度的高温下在无氧条件下的处理得到，还原氧化石墨烯具有较高的结晶性，能够包覆多孔氮化硼纤维，同时不会造成多孔氮化硼纤维活性降低。

所述多孔氮化硼纤维和氧化石墨烯的质量比例为1/1～1/3，创造性地选择制备出完全还原的氧化石墨烯能提高石墨烯的导电性，增加了石墨烯的用量，减少多孔氮化硼纤维用量，保证能提高整体的导电性。

上述复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)制备多孔氮化硼纤维；(2)将多孔氮化硼纤维与氧化石墨烯水溶液混合搅拌处理，至混合均匀得到多孔氮化硼纤维/氧化石墨烯复合材料；(3)将多孔氮化硼纤维/氧化石墨烯复合材料在氮气条件下高温处理，高温条件为800-1500℃，得到多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合材料；(4)再将多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合材料与粘结剂混合研磨后，用刮刀涂在聚丙烯隔膜上烘干，得到多孔氮化硼纤维/还原氧化石墨烯复合型锂硫电池隔膜材料。