[發(fā)明專利]用于能量存儲裝置的隔膜

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910045053.8
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN111446400A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳成猛;戴麗琴;蘇方遠;M·A·阿爾馬克爾;T·A·賈拉勒;Y·劉
• 申請（專利權(quán)）人: 沙伯環(huán)球技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

用于電能存儲裝置或電池組的隔膜具有其上涂覆有復(fù)合材料的隔膜主體。所述復(fù)合材料包括具有以rGO、導(dǎo)電碳黑和粘合劑的總重量計5重量％至40重量％的氧含量的還原的氧化石墨烯(rGO)。在形成用于電能存儲裝置或電池組的隔膜的方法中，將具有5重量％至40重量％的氧含量的還原的氧化石墨烯(rGO)、導(dǎo)電碳黑和粘合劑組合以形成復(fù)合材料。將所述復(fù)合材料涂覆在隔膜主體上，使得復(fù)合材料涂覆于其上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電能存儲裝置，且特別是用于電能存儲裝置中的隔膜。

背景技術(shù)

高儲能容量和高能量密度的可再充電電池組(batteries)是用于便攜式電子裝置和電動車輛的極受歡迎的技術(shù)之一。出于幾個原因，鋰-硫電池組是用于這些應(yīng)用的最佳候選電池組之一。這些電池組的硫陰極具有1675mAhg^-1的高理論容量，這是目前用于鋰電池組的過渡金屬氧化物陰極材料的約5倍。另外，硫是可以低成本獲得的豐富資源。硫也是無毒的，并且對環(huán)境友好。

然而，鋰-硫電極具有某些缺點，因此它們尚未商業(yè)化。例如，硫在25℃下具有5×10^-30S/cm的極低電導(dǎo)率。此外，多硫化物遷移至電池組電解質(zhì)中影響電池組的循環(huán)壽命，從而限制其應(yīng)用。多硫化物的擴散和相應(yīng)的穿梭效應(yīng)是鋰-硫化物電池組性能下降的主要原因。

多功能隔膜的開發(fā)可克服鋰-硫電池組所遇到的許多困難。碳材料由于其高比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)而可吸附多硫化物。此類碳材料廣泛用于對電存儲裝置中的隔膜進行改性。然而，碳改性隔膜的研究主要集中于物理吸附?；瘜W(xué)吸附具有更強的吸附多硫化物的能力，然而，很少有集中于化學(xué)吸附的研究。此外，具有高比表面積、豐富的孔結(jié)構(gòu)、高電導(dǎo)率和富含氧的官能團的碳材料可在物理和化學(xué)兩方面吸附多硫化物，降低多硫化物的穿梭(shuttling)效應(yīng)。然而，此類多功能材料難以制備，并且在該領(lǐng)域中幾乎沒有進展。

因此，需要改進用于電存儲裝置的隔膜以克服這些缺點。

發(fā)明內(nèi)容

用于電能存儲裝置或電池組(battery)的隔膜，包括其上涂覆有復(fù)合材料的隔膜主體，所述復(fù)合材料包括還原的氧化石墨烯(rGO)，其具有以rGO的總重量計5重量％至40重量％的氧含量。復(fù)合材料進一步包括導(dǎo)電碳黑和粘合劑。

在特定的實施方案中，所述復(fù)合材料的rGO基于所述rGO和導(dǎo)電碳黑的總重量以15重量％至85重量％的量存在。所述rGO可具有以rGO總重量計5重量％至25重量％的氧含量。所述rGO可具有3至10層的層狀厚度(laminar thickness)和0.5μm至5μm的薄片大小。

在某些應(yīng)用中，復(fù)合材料可具有以下參數(shù)的至少一種：400m²/g至1300m²/g的比表面積(SA)、1.5至2.8cm³/g的孔體積、1nm至10nm的孔徑、15S/m至80S/m的電導(dǎo)率以及以復(fù)合材料的總重量計5重量％至15重量％的氧含量。復(fù)合材料涂層可具有5μm至200μm的涂層厚度。

復(fù)合材料的粘合劑可包括以下至少一種：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纖維素鈉(CMC)和聚氧化乙烯(PEO)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、丙烯腈共聚物、藻酸鈉(SA)、明膠、聚丙烯酸(PAA)和β-環(huán)糊精中。粘合劑可以按復(fù)合材料的總重量計10重量％至60重量％的量存在于復(fù)合材料中。

所述隔膜主體可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、玻璃纖維、陶瓷、聚偏二氟乙烯和聚丙烯腈中的至少一種。所述隔膜主體可具有30％至60％的孔隙率、10μm至30μm的厚度、20nm至60nm的平均孔徑和300g至600g的擊穿強度中的至少一種。