一种电池隔膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及隔膜，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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

1、本发明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。

2、为了实现上述目的，本发明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；

3、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％；

4、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。

5、本发明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：

6、(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℃；

7、(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。

8、本发明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。

9、本发明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。

10、与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具有以下优势：

11、(1)本发明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。

12、(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，本发明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。

13、(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。

14、(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。

15、(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。

技术特征：

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；

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，

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：

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)中，将所述聚偏氟乙烯分至少两次加入体系中以与所述氧化石墨烯进行所述第一混合；各次加入的聚偏氟乙烯的量各自独立地占全部聚偏氟乙烯总量的20-50wt％；和/或，

7.根据权利要求3-6中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括采用含有以下步骤的操作制备所述氧化石墨烯：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤s1中，所述第一接触的条件至少满足：温度为75-95℃，时间为6-10h；和/或，

9.由权利要求4-8中任意一项所述的方法制备得到的电池隔膜。

10.权利要求1或9所述的电池隔膜在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及隔膜技术领域，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。

技术研发人员：陈扩,陈宝辉,刘晶菊,吕阳,褚君,应道发,陈罗甲
受保护的技术使用者：湖南防灾科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12