本发明专利技术提供一种聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜，包括商用Celgard隔膜和其表面的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层组成，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层的厚度为1～10μm，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层中聚丙烯腈与氟化氧化石墨烯的质量比为0.2‑1：1，所述的氟化氧化石墨烯中氧的质量分数为1%‑20%,所述的氟化氧化石墨烯中氟的质量分数为1%‑20%。聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层中的聚丙烯腈上的腈基，与氟化氧化石墨烯表面的氧、氟均为强极性基团，能对充放电过程中形成的多硫化物形成强烈的化学吸附，能有效的阻止多硫化物穿过隔膜到达负极，减少飞梭效应的发生，提高锂硫电池的寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜
本专利技术涉及锂硫电池领域，特别涉及一种锂硫电池隔膜。
技术介绍
锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极的电池体系。锂硫电池的具有两个放电平台（约为2.4V和2.1V），但其电化学反应机理比较复杂。锂硫电池具有比能量高（2600Wh/kg）、比容量高（1675mAh/g）、成本低等优点，被认为是很有发展前景的新一代电池。但是目前其存在着活性物质利用率低、循环寿命低和安全性差等问题，这严重制约着锂硫电池的发展。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：（1）单质硫是电子和离子绝缘体，室温电导率低（5×10-30S·cm-1），由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困难；（2）在电极反应过程中产生的高聚态多硫化锂Li2Sn（8＞n≥4）易溶于电解液中，在正负极之间形成浓度差，在浓度梯度的作用下迁移到负极，高聚态多硫化锂被金属锂还原成低聚态多硫化锂。随着以上反应的进行，低聚态多硫化锂在负极聚集，最终在两电极之间形成浓度差，又迁移到正极被氧化成高聚态多硫化锂。这种现象被称为飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率。同时不溶性的Li2S和Li2S2沉积在锂负极表面，更进一步恶化了锂硫电池的性能；（3）反应最终产物Li2S同样是电子绝缘体，会沉积在硫电极上，而锂离子在固态硫化锂中迁移速度慢，使电化学反应动力学速度变慢；（4）硫和最终产物Li2S的密度不同，当硫被锂化后体积膨胀大约79%，易导致Li2S的粉化，引起锂硫电池的安全问题。上述不足制约着锂硫电池的发展，这也是目前锂硫电池研究需要解决的重点问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜，包括商用Celgard隔膜和其表面的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层组成，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层的厚度为1～10μm，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层中聚丙烯腈与氟化氧化石墨烯的质量比为0.2-1：1，所述的氟化氧化石墨烯中氧的质量分数为1%-20%,所述的氟化氧化石墨烯中氟的质量分数为1%-20%。本专利技术提供一种聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜的制备方法如下：（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热反应，反应气氛为氮气和氟气的混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；（2）将氟化氧化石墨加入有机溶剂中，超声分散，形成悬浮液；（3）将商用聚丙烯腈粉末加入到有机溶剂中，溶胀24小时后，加热搅拌反应，得到聚丙烯腈溶液；（4）将悬浮液缓慢加入聚丙烯腈溶液中，机械搅拌反应，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨纺丝原液，在Celgard隔膜上进行静电纺丝，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜。步骤（1）中加热反应的温度为50-200℃，反应时间10-60分钟，反应气氛为氮气和氟气的混合气体，其中氟气所占的体积比为5%-10%;步骤（2）中氟化氧化石墨与有机溶剂的质量比为1：10-100，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺，乙醇中的一种或几种，超声时间0.5-5小时;步骤（3）中聚丙烯腈粉末与有机溶剂的质量比为1：10-100，聚丙烯腈粉末与氟化氧化石墨烯的质量比为0.2-1：1，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺，乙醇中的一种或几种，加热反应温度为50-80℃，加热搅拌反应时间0.5-5小时;步骤（4）中机械搅拌反应时间1-5小时，静电纺丝条件为：温度为20～50℃，纺丝电压为8-22kV，流速为0.01-10mL/h，纺丝接收距离为8～16cm，针头来回走速20-50cm/min，纺丝时间12-48h。本专利技术具有如下有益效果：聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层中的聚丙烯腈上的腈基，与氟化氧化石墨烯表面的氧、氟均为强极性基团，能对充放电过程中形成的多硫化物形成强烈的化学吸附，能有效的阻止多硫化物穿过隔膜到达负极，减少飞梭效应的发生，提高锂硫电池的寿命。附图说明图1是本专利技术的复合隔膜结构示意图。图2是本专利技术的复合隔膜制备流程图。图3是本专利技术的复合隔膜的循环寿命图。其中，1为聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层，2为Celgard隔膜。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明：实施例1（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热到50℃反应60分钟，反应气氛为含5%的氟气的氮氟混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；（2）将10g氟化氧化石墨加入100gN-甲基吡咯烷酮中，超声分散5小时，形成悬浮液；（3）将2g商用聚丙烯腈粉末加入到20gN-甲基吡咯烷酮中，溶胀24小时后，加热到50℃，搅拌反应5小时，得到聚丙烯腈溶液；（4）将悬浮液缓慢加入聚丙烯腈溶液中，机械搅拌反应1小时，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨纺丝原液，在Celgard隔膜上进行静电纺丝，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜。实施例2（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热到200℃反应10分钟，反应气氛为含10%的氟气的氮氟混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；（2）将10g氟化氧化石墨加入1000g二甲基亚砜中，超声分散0.5小时，形成悬浮液；（3）将10g商用聚丙烯腈粉末加入到1000g二甲基亚砜中，溶胀24小时后，加热到50℃，搅拌反应0.5小时，得到聚丙烯腈溶液；（4）将悬浮液缓慢加入聚丙烯腈溶液中，机械搅拌反应5小时，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨纺丝原液，在Celgard隔膜上进行静电纺丝，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜。实施例3（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热到100℃反应30分钟，反应气氛为含7%的氟气的氮氟混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；（2）将10g氟化氧化石墨加入500gN,N-二甲基甲酰胺中，超声分散3小时，形成悬浮液；（3）将5g商用聚丙烯腈粉末加入到250gN,N-二甲基甲酰胺中，溶胀24小时后，加热到65℃，搅拌反应2.5小时，得到聚丙烯腈溶液；（4）将悬浮液缓慢加入聚丙烯腈溶液中，机械搅拌反应3小时，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨纺丝原液，在Celgard隔膜上进行静电纺丝，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜。实施例4（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热到150℃反应40分钟，反应气氛为含6%的氟气的氮氟混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；（2）将10g氟化氧化石墨加入800g乙醇中，超声分散4小时，形成悬浮液；（3）将8g商用聚丙烯腈粉末加入到250g乙醇中，溶胀24小时后，加热到70℃，搅拌反应25小时，得到聚丙烯腈溶液；（4）将悬浮液缓慢加入聚丙烯腈溶液中，机械搅拌反应2小时，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨纺丝原液，在Celgard隔膜上进行静电纺丝，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜。实施例5（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热到120℃反应50分钟，反应气氛为含8%的氟气的氮氟混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；（2）将10g氟化氧化石墨加入600gN-甲基吡咯烷酮中，超声分散2小时，形成悬浮液；（3）将4g商用聚丙烯腈粉末加入到300gN-甲基吡咯烷酮中，溶胀24小时后，加热到60℃，搅拌反应4小时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜，包括商用Celgard隔膜和其表面的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层组成，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层的厚度为1～10μm，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层中聚丙烯腈与氟化氧化石墨烯的质量比为0.2‑1：1，所述的氟化氧化石墨烯中氧的质量分数为1%‑20%,所述的氟化氧化石墨烯中氟的质量分数为1%‑20%。
【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜，包括商用Celgard隔膜和其表面的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层组成，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层的厚度为1～10μm，所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯层中聚丙烯腈与氟化氧化石墨烯的质量比为0.2-1：1，所述的氟化氧化石墨烯中氧的质量分数为1%-20%,所述的氟化氧化石墨烯中氟的质量分数为1%-20%。2.一种如权利要求1所述的聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤（1）将氧化石墨放入马弗炉内加热反应，反应气氛为氮气和氟气的混合气体，反应完成后自然冷却，得到氟化氧化石墨；步骤（2）将氟化氧化石墨加入有机溶剂中，超声分散，形成悬浮液；步骤（3）将商用聚丙烯腈粉末加入到有机溶剂中，溶胀24小时后，加热搅拌反应，得到聚丙烯腈溶液；步骤（4）将悬浮液缓慢加入聚丙烯腈溶液中，机械搅拌反应，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨纺丝原液，在Celgard隔膜上进行静电纺丝，得到聚丙烯腈/氟化氧化石墨烯/Celgard复合隔膜。3.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟玲珑，
申请(专利权)人：深圳市佩成科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。