一种电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及隔膜技术领域，公开了一种电池隔膜及其制备方法和应用。所述电池隔膜包括隔膜基材和涂覆在所述隔膜基材两侧的氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层；所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层通过在所述隔膜基材的两侧涂覆氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液而获得，所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液为氧化石墨烯通过氢键与聚偏氟乙烯进行连接而得到的产物。本发明专利技术提供的电池隔膜导热性强、对电解液浸润性好且离子传输性能优异，具有很好的实用价值和经济价值。好的实用价值和经济价值。好的实用价值和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及隔膜
，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]隔膜是锂离子电池的关键部件，其主要功能是允许离子的运输和防止正负极之间的短路。隔膜的性质将直接影响到锂离子电池的循环寿命和安全。
[0003]目前在锂离子电池上常用的隔膜有，聚丙烯(PP)隔膜，聚乙烯(PE)隔膜等。但是由于它们表面能低，对电解液的浸润性差，导致隔膜的离子传输性能变差，进而影响电池的循环性能和倍率性能。
[0004]现有研究中，常在隔膜表面涂覆聚偏氟乙烯(PVDF)的方法，来改善隔膜的浸润性。将PVDF的DMF溶液涂覆到隔膜表面，通过蒸发得到一层PVDF膜，但是得到的PVDF膜厚度不均匀，容易堵塞隔膜的离子通道，除此之外，隔膜的导热性能差，会造成电池内外温差过大，影响电池的使用性能。
[0005]CN108550762A公开了一种三元锂离子电池的涂覆隔膜及其制备方法，包括隔膜基材、陶瓷/石墨烯复合涂层、PVDF涂层，所述陶瓷/石墨烯复合涂层、PVDF涂层分别涂覆于隔膜基材的两侧，所述陶瓷/石墨烯复合涂层对应电池正极，所述PVDF涂层对应电池负极。该现有技术在一定程度上改善了三元锂离子电池材料的安全、循环及倍率性能，但是该现有技术中，陶瓷和石墨烯不溶于各种溶剂，且与PVDF等有机材料结合力差，难以得到质地均匀的涂层，其次陶瓷和石墨烯对碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等锂离子电池常用电解液浸润性差，会影响材料的倍率性能。

技术实现思路
r/>[0006]本专利技术的目的是为了提供一种导热性强、对电解液浸润性好且离子传输性能优异的电池隔膜。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种电池隔膜，所述电池隔膜包括隔膜基材和涂覆在所述隔膜基材两侧的氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层；所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层通过在所述隔膜基材的两侧涂覆氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液而获得；
[0008]所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层的单侧厚度各自独立地为1
‑
2μm，所述电池隔膜的孔隙率为30
‑
50％；
[0009]所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液为氧化石墨烯通过氢键与聚偏氟乙烯进行连接而得到的产物。
[0010]本专利技术的第二方面提供一种制备前述第一方面所述的电池隔膜的方法，包括以下步骤：
[0011](1)在溶剂存在下，将聚偏氟乙烯与氧化石墨烯进行第一混合，得到氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液；所述第一混合的温度为15
‑
35℃；
[0012](2)将所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液与隔膜基材进行浸渍处理，得到所述电池隔膜。
[0013]本专利技术的第三方面提供由前述第二方面所述的方法制备得到的电池隔膜。
[0014]本专利技术的第四方面提供前述第一方面或前述第三方面所述的电池隔膜在锂离子电池中的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优势：
[0016](1)本专利技术采用氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯作为电池隔膜涂覆层，涂覆到聚丙烯隔膜上后，能够使热压后的隔膜与极片粘结在一起，排空电芯中气体的同时，使极片硬度变高，使得电池更薄更结实，方便加工和运输。
[0017](2)氧化石墨烯(GO)表面经过高度氧化后，表面有许多含氧基团，包括羟基
‑
OH，羧基
‑
COOH，醚键R
‑
O
‑
R等，使GO表面能显著降低，本专利技术优选采用高度氧化的GO通过氢键作用对PVDF进行功能化后，涂覆到隔膜基材上，能够显著提高隔膜基材对碳酸酯类电解液的浸润性，提高电池的循环性能和倍率性能。
[0018](3)经过高度氧化的GO，表面具有疏松多孔的结构，使用该GO对PVDF功能化后，涂覆到聚丙烯隔膜上，能够使PVDF涂层具有多孔结构，防止PVDF涂层堵塞隔膜的离子通道。
[0019](4)GO热导率高，使用GO对PVDF功能化后，将功能化后的PVDF涂覆到聚丙烯隔膜上，可以使电芯的散热能力增加，使电池的倍率性能提升。
[0020](5)GO耐高温性能优异，使用GO对PVDF进行功能化后，将PVDF涂覆到聚丙烯隔膜上，可以使隔膜的耐热性能，保证电池在散热性能增加。
附图说明
[0021]图1是氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯原理示意图；
[0022]图2是电池隔膜对电解液的接触角；
[0023]图3是电池隔膜150℃热处理3h后的截面扫描电镜图；
[0024]图4是氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆到聚丙烯薄膜表面得到的电池隔膜实物图。
具体实施方式
[0025]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0026]需要说明的是，在本专利技术的各方面中，针对各方面中的相同的组分或者术语，本专利技术仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本专利技术的限制。
[0027]本专利技术所述的平均粒径或平均孔径均表示平均直径。
[0028]DMF：N,N
‑
二甲基甲酰胺；
[0029]NMP：N
‑
甲基吡咯烷酮；
[0030]DMAC：N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0031]如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜包括隔膜基材和涂覆在所述隔膜基材两侧的氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层；所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层通过在所述隔膜基材的两侧涂覆氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液而获得；
[0032]所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层的单侧厚度各自独立地为1
‑
2μm，所述电池隔膜的孔隙率为30
‑
50％；
[0033]所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液为氧化石墨烯通过氢键与聚偏氟乙烯进行连接而得到的产物。
[0034]氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯原理示意图如图1所示，从图1中可以看出，高度氧化的氧化石墨烯(GO)表面有多种含氧官能团，包括醚键(
‑
O
‑
)、羟基(
‑
OH)、羧基(
‑
COOH)等，其中
‑
OH和
‑
COOH中的H原子具有强极性，与聚偏氟乙烯(PVDF)中半径小、电负性大、含孤对电子的F原子之间具有较强的静电作用力，即可以形成氢键，因此表面有许多
‑
OH和
‑
COOH的高度氧化的氧化石墨烯可以通过氢键实现对PVDF的功能化。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜包括隔膜基材和涂覆在所述隔膜基材两侧的氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层；所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层通过在所述隔膜基材的两侧涂覆氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液而获得；所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯涂覆层的单侧厚度各自独立地为1
‑
2μm，所述电池隔膜的孔隙率为30
‑
50％；所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液为氧化石墨烯通过氢键与聚偏氟乙烯进行连接而得到的产物。2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其中，所述电池隔膜的厚度为12
‑
16μm；和/或，所述氧化石墨烯的层间距为0.6
‑
1nm，层数为1
‑
10；和/或，所述隔膜基材的孔隙率为30
‑
60％，平均孔径为0.01
‑
0.05μm；和/或，所述聚偏氟乙烯的数均分子量为10万
‑
30万。3.一种制备权利要求1或2所述的电池隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在溶剂存在下，将聚偏氟乙烯与氧化石墨烯进行第一混合，得到氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液；所述第一混合的温度为15
‑
35℃；(2)将所述氧化石墨烯功能化聚偏氟乙烯溶液与隔膜基材进行浸渍处理，得到所述电池隔膜。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述氧化石墨烯占所述氧化石墨烯与所述聚偏氟乙烯的总重量的1
‑
20wt％。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在步骤(1)中，在溶剂存在下，将聚偏氟乙烯与氧化石墨烯进行第一混合的操作包括：先将所述溶剂与所述氧化石墨烯进行接触以得到氧化石墨烯溶液，然后再将所述氧化石墨烯溶液与所述聚偏氟乙烯进行所述第一混合。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈扩，陈宝辉，刘晶菊，吕阳，褚君，应道发，陈罗甲，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：