一种功能化柔性膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种功能化柔性膜及其制备方法和应用，所述柔性膜包括如下重量份的组分：氧化石墨烯1

【技术实现步骤摘要】
一种功能化柔性膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学储能材料领域，尤其涉及一种用于功能化柔性膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]下一代金属基锂电池正极材料去钴化成为一种趋势，高比容量、低成本的富镍层状金属氧化物被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。然而，层状高镍正极材料因性能衰退和热失控等固有缺陷，成为现存亟需解决的两大技术难题。
[0003]隔膜作为电池至关重要的一部分，对提高电池循环稳定性和安全性作出巨大贡献。商业化的聚烯烃隔膜，由于较差的润湿性和较低的热变形温度，无法满足下一代金属基锂电池的苛刻要求。
[0004]近年来，非织造隔膜的出现一定程度上改善了传统商业化聚烯烃隔膜的浸润效果。进一步地，以非织造布为基材，将无机陶瓷颗粒涂覆于隔膜表面的复合隔膜，其热稳定性得到优化，但仍无法满足现今3C产品及动力电池的使用要求。因此，亟待开发可以匹配高镍正极材料的高稳定隔膜，以解决现有锂离子电池隔膜浸润性差、热收缩率低和热分布不均匀，以及正极材料自身容量保持率低、热稳定性差等技术问题。

技术实现思路

[0005]为了改善上述技术问题，本专利技术提供一种功能化柔性膜，所述柔性膜包括如下重量份的组分：氧化石墨烯1-10份、粘结剂5-15份和磷系阻燃剂10-80份。
[0006]例如，所述柔性膜中，氧化石墨烯的含量为3-8份，示例性为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份。
[0007]例如，所述柔性膜中，粘结剂的含量为7-13份，示例性为5份、7份、9份、10份、12份、14份、15份。
[0008]例如，所述柔性膜中，磷系阻燃剂的含量为20-70份，又如30-60份，示例性为10份、15份、20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述氧化石墨烯为含有大量亲水基团的氧化石墨烯，例如为含有大量含氧官能团的氧化石墨烯。优选地，所述氧化石墨烯为片状氧化石墨烯，例如为单层氧化石墨烯。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述磷系阻燃剂和粘结剂的重量份数比为(1.25～10):1，如1.25:1、2:1、2.14:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述磷系阻燃剂为无机磷系阻燃剂，例如为磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸三甲苯酯和次磷酸中的一种、两种或更多种，优选为次磷酸铝。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述磷系阻燃剂的粒径为1-100μm；优选为10-90μm；示例性为1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述磷系阻燃剂为本领域已知的常规方法制备得到，也
可以为商业途径购买获得的。
[0014]根据本专利技术示例性的实施方案，所述次磷酸铝由一水次磷酸钠和十八水硫酸铝反应得到。例如一水次磷酸钠和十八水硫酸铝的摩尔比为(6-9):1，优选7.5∶1。例如，反应的温度为80-100℃，优选90℃；例如反应的时间为2-5h，优选为3h。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述粘结剂为聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)和聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种、两种或更多种；优选为聚偏氟乙烯。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述粘结剂可以通过本领域已知的常规方法制备得到，也可以通过商业途径购买获得。
[0017]根据本专利技术的实施方案，所述柔性膜具有三维多孔结构。优选地，所述柔性膜具有基本如图1所示的形貌。
[0018]根据本专利技术的实施方案，所述柔性膜的厚度为5-60μm，例如10-50μm，又如20-40μm；例性为25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm。
[0019]根据本专利技术的实施方案，上述各组分的重量份数之和为100份。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述功能化柔性膜的离子迁移数为0.30-0.80。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述功能化柔性膜在充放电循环50圈后，放电比容量为130-195mAh/g。
[0022]本专利技术还提供上述功能化柔性膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将包括上述各组分的浆料平铺在基材上，用成膜用溶剂冲洗成膜，待成膜后干燥，分离膜层和基材，得到所述功能化柔性膜。
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述浆料中无机磷系阻燃剂的质量百分比为20-80wt％，例如为30-70wt％，又如40-60wt％。
[0024]根据本专利技术的实施方案，所述浆料中氧化石墨烯的质量百分比为1-10wt％，例如2-8wt％，又如4-7wt％。
[0025]根据本专利技术的实施方案，所述浆料中还包含分散剂。例如，所述分散剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和乙腈中的至少一种；优选地，所述分散剂为丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂。
[0026]根据本专利技术的实施方案，所述分散剂为丙酮和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为(1～5):1的混合溶剂；示例性为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1；优选为2:1。
[0027]根据本专利技术的实施方案，所述浆料中各组分的重量百分比之和为100％。
[0028]优选地，所述浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0029](1)采用Hummers法，制得氧化石墨烯的悬浮液；
[0030](2)将上述悬浮液送去干燥，干燥温度为80-200℃(优选为100-180℃)，干燥时间为24-48h(优选为28-45h)，得到片状氧化石墨烯；
[0031](3)将粘结剂和阻燃剂加入丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温下搅拌均匀，得到混合体系A；
[0032](4)将步骤(2)制得的片状氧化石墨烯分散于混合体系A中，经超声，室温搅拌至均匀，制得所述浆料。
[0033]优选地，所述氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
[0034]将石墨粉末加入浓硫酸的高锰酸钾溶液中，经氧化反应之后，得到棕色的石墨薄
片，再经超声处理剥离为氧化石墨烯，并将剥离后的氧化石墨烯分散于水中形成稳定、浅棕黄色的氧化石墨烯悬浮液。具体可参照Jr W S H,Offeman R E.Preparation of Graphitic Oxide[J].Journal of the American Chemical Society,1958,80(6):1339中公开的方法制备氧化石墨烯。
[0035]根据本专利技术的实施方案，所述基材为玻璃板。
[0036]根据本专利技术的实施方案，所述成膜用溶剂可以是无水乙醇溶液。
[0037]根据本专利技术的实施方案，所述成膜后干燥的温度不低于60℃；优选为不低于80℃；示例性为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化柔性膜，其特征在于，所述柔性膜包括如下重量份的组分：氧化石墨烯1-10份、粘结剂5-15份和磷系阻燃剂10-80份。优选地，所述氧化石墨烯为含有大量亲水基团的氧化石墨烯，例如为含有大量含氧官能团的氧化石墨烯。优选地，所述氧化石墨烯为片状氧化石墨烯。2.如权利要求1所述的功能化柔性膜，其特征在于，所述磷系阻燃剂和粘结剂的重量份数比为(1.25～10):1。优选地，所述磷系阻燃剂为无机磷系阻燃剂，例如为磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸三甲苯酯和次磷酸中的一种、两种或更多种，优选为次磷酸铝。优选地，所述磷系阻燃剂的粒径为1-100μm；优选为10-90μm。优选地，所述次磷酸铝由一水次磷酸钠和十八水硫酸铝反应得到，例如一水次磷酸钠和十八水硫酸铝的摩尔比为(6-9):1，优选7.5∶1。例如，反应的温度为80-100℃，优选90℃；例如反应的时间为2-5h，优选为3h。优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)和聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种、两种或更多种；优选为聚偏氟乙烯。3.如权利要求1或2所述的功能化柔性膜，其特征在于，所述柔性膜具有三维多孔结构。优选地，所述柔性膜具有基本如图1所示的形貌。优选地，所述柔性膜的厚度为5-60μm，例如10-50μm，又如20-40μm。优选地，上述各组分的重量份数之和为100份。优选地，所述功能化柔性膜的离子迁移数为0.30-0.80，充放电循环50圈后，放电比容量为130-195mAh/g。4.权利要求1-3任一项所述的功能化柔性膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将包括权利要求1-3任一项所述的各组分的浆料平铺在基材上，用成膜用溶剂冲洗成膜，待成膜后干燥，分离膜层和基材，得到所述功能化柔性膜。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述浆料中无机磷系阻燃剂的质量百分比为20-80wt％。优选地，所述浆料中氧化石墨烯的质量百分比为1-10wt％。优选地，所述浆料中还包含分散剂。例如，所述分散剂为丙酮，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺和乙腈中的至少一种；优选地，所述分散剂为丙酮和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂。优选地，所述分散剂为丙酮和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为(1～5):1的混合溶剂；示例性为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1；优选为2:1。优选地，所述浆料中各组分的重量百分比之和为100％。6.如权利要求4或5所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雄伟，左兰兰，吕善光，熊利斌，胡俊平，邓奇，林远腾，吴雪文，刘雪姣，
申请(专利权)人：江西银汇新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：