一种改性锂离子电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改性锂离子电池隔膜及其制备方法。本发明专利技术提供了一种改性锂离子电池隔膜，包括依次层叠设置的锂离子电池隔膜和设置在所述锂离子电池隔膜表面的具有三维网络多孔结构的改性层；所述改性层的材料包括氮掺杂石墨烯和粘结剂。所述改性锂离子电池隔膜可以提高锂离子电池的倍率性能和循环性能。的倍率性能和循环性能。的倍率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性锂离子电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种改性锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、库伦效率高、使用寿命长和自放电率低等优点，作为优异的能量存储及转换设备已广泛应用于便携式电子产品、各类交通工具和大型储能设备等领域。在锂离子电池中，隔膜是关键组成部分之一。锂离子电池隔膜是一种微孔型结构的高分子功能性隔膜，具有隔离正负极的功能，其大量曲折贯通的微孔结构能让电解液中的电解质离子自由通过。而传统商业化聚烯烃隔膜严重影响锂离子电池的充放电倍率性能、循环寿命及安全性能。因此，制备性能优良的隔膜对提升锂离子电池的性能具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种改性锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，所述改性锂离子电池隔膜可以提高锂离子电池的倍率性能和循环性能。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性锂离子电池隔膜，包括依次层叠设置的锂离子电池隔膜和设置在所述锂离子电池隔膜表面的具有三维网络多孔结构的改性层；所述改性层的材料包括氮掺杂石墨烯和粘结剂。
[0005]优选的，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯或海藻酸钠。
[0006]优选的，当所述粘结剂包括偏氟乙烯时，所述氮掺杂石墨烯和粘结剂的质量比为0.2：（0.011~0.05）。
[0007]优选的，当所述粘结剂包括海藻酸钠时，所述氮掺杂石墨烯和粘结剂的质量比为0.2：（0.02~0.13）。
[0008]优选的，所述改性层的厚度为5~25μm。
[0009]优选的，所述锂离子电池隔膜为聚烯烃隔膜。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述改性锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：将粘结剂、氮掺杂石墨烯和溶剂混合，得到粘结剂浆料；将所述粘结剂浆料涂覆在隔膜表面后，干燥，得到改性锂离子电池隔膜。
[0011]优选的，所述溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮或水；当所述粘结剂为聚偏氟乙烯时，所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮；当所述粘结剂为海藻酸钠时，所述溶剂为水。
[0012]优选的，当所述粘结剂为聚偏氟乙烯时，所述粘结剂浆料中的聚偏氟乙烯的质量浓度为5~20%；当所述粘结剂为海藻酸钠时，所述粘结剂浆料中的海藻酸钠的质量浓度为10~40%。
[0013]本专利技术还提供了上述技术方案所述改性锂离子电池隔膜或上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性锂离子电池隔膜在锂离子电池中的应用。
[0014]本专利技术提供了一种改性锂离子电池隔膜，包括依次层叠设置的锂离子电池隔膜和
设置在所述锂离子电池隔膜表面的具有三维网络多孔结构的改性层；所述改性层的材料包括氮掺杂石墨烯和粘结剂。本专利技术采用氮掺杂石墨烯作为改性功能材料，采用表面涂布法对锂离子电池隔膜表面进行改性，可以改善锂离子电池隔膜的电解液浸润性、机械强度、耐热性能、热稳定性和热闭孔性能等；优化Li
+
扩散，提高Li
+
迁移率，降低隔膜阻抗，提高隔膜的离子电导率，提高隔膜的电化学性能，从而提高锂离子电池的循环稳定性、放电比容量、循环寿命和倍率性能；赋予锂离子电池传输性能，提高Li
+
迁移率并促进Li
+
在隔膜表面实现分子水平上的均匀分布，改善锂离子隔膜与负极之间界面稳定性，从而加快电化学反应速率，达到抑制锂枝晶生长的效果；所述改性层的三维网络多孔结构有利于提高隔膜的比表面积，改善锂离子电池隔膜的孔径分布和电解液的浸润性能；由于氮掺杂石墨烯优异的导热性能及较高的机械强度，改性锂离子电池隔膜的熔点、分解温度、热闭孔性能、热稳定性和热收缩性能均得到有效提高；此外，由于锂离子在所述改性锂离子电池隔膜表面以及分子水平均均匀分布，形成的锂原子在石墨烯电极与改性锂离子电池隔膜之间形成光滑致密的金属锂层，防止锂枝晶向刺穿隔膜方向生长，提升锂离子电池的安全性能。
附图说明
[0015]图1为实施例1~8所述改性后的锂离子电池隔膜的制备流程示意图；
[0016]图2为实施例9~16所述改性后的锂离子电池隔膜的制备流程示意图；
[0017]图3为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜、对比例1所述PVDF改性隔膜（P）和PP/PE/PP隔膜在不同放大倍数下的SEM图；
[0018]图4为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜在电解液中浸泡24h前后的表面形貌；
[0019]图5为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜、对比例1所述PVDF改性隔膜（P）和PP/PE/PP隔膜的孔隙率曲线；
[0020]图6为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜、对比例1所述PVDF改性隔膜（P）和PP/PE/PP隔膜与电解液的接触角；
[0021]图7为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜、对比例1所述PVDF改性隔膜（P）和PP/PE/PP隔膜的吸液率和保液率曲线；
[0022]图8为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜、对比例1所述PVDF改性隔膜（P）和PP/PE/PP隔膜的交流阻抗图；
[0023]图9为实施例1~4所述改性后的锂离子电池隔膜、对比例1所述PVDF改性隔膜（P）和PP/PE/PP隔膜组装成Li/石墨扣式锂离子电池的交流阻抗图；
[0024]图10为实施例10和实施例13~16所述改性后的锂离子电池隔膜和PP/PE/PP隔膜与电解液的接触角；
[0025]图11为实施例10和实施例13~16所述改性后的锂离子电池隔膜和PP/PE/PP隔膜的耐热性曲线；
[0026]图12为实施例10和实施例13~16所述改性后的锂离子电池隔膜和PP/PE/PP隔膜的交流阻抗图；
[0027]图13为实施例10和实施例13~16所述改性后的锂离子电池隔膜和PP/PE/PP隔膜组装成Li/石墨扣式锂离子电池的循环曲线。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种改性锂离子电池隔膜，包括依次层叠设置的锂离子电池隔膜和设置在所述锂离子电池隔膜表面的具有三维网络多孔结构的改性层；所述改性层的材料包括氮掺杂石墨烯和粘结剂。
[0029]在本专利技术中，所述锂离子电池隔膜的材料优选为聚烯烃隔膜；本专利技术对所述聚烯烃隔膜的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的聚烯烃隔膜即可。在本专利技术的实施例中，所述聚烯烃隔膜具体为PP/PE/PP隔膜。本专利技术对所述锂离子电池隔膜的厚度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厚度即可。在本专利技术的实施例中，所述锂离子电池隔膜的厚度具体为25μm。
[0030]在本专利技术中，所述粘结剂优选包括聚偏氟乙烯或海藻酸钠；当所述粘结剂包括偏氟乙烯时，所述氮掺杂石墨烯和粘结剂的质量比优选为0.2：（0.011~0.05），更优选为0.2：（0.011~0.035），最优选为0.2：（0.011~0.021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性锂离子电池隔膜，其特征在于，包括依次层叠设置的锂离子电池隔膜和设置在所述锂离子电池隔膜表面的具有三维网络多孔结构的改性层；所述改性层的材料包括氮掺杂石墨烯和粘结剂。2.如权利要求1所述的改性锂离子电池隔膜，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯或海藻酸钠。3.如权利要求2所述的改性锂离子电池隔膜，其特征在于，当所述粘结剂包括聚偏氟乙烯时，所述氮掺杂石墨烯和粘结剂的质量比为0.2：（0.011~0.05）。4.如权利要求2所述的改性锂离子电池隔膜，其特征在于，当所述粘结剂包括海藻酸钠时，所述氮掺杂石墨烯和粘结剂的质量比为0.2：（0.02~0.13）。5.如权利要求1~4任一项所述的改性锂离子电池隔膜，其特征在于，所述改性层的厚度为5~25μm。6.如权利要求1所述的改性锂离子电池隔膜，其特征在于，所述锂离子电池隔膜为聚烯烃隔膜。7.权利要求1~...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，张黔玲，黎烈武，余文伟，熊威，
申请(专利权)人：深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：