[發明專利]一種功能化柔性膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011098743.9
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112382829B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 吳雄偉;左蘭蘭;呂善光;熊利斌;胡俊平;鄧奇;林遠騰;吳雪文;劉雪姣
• 申請（專利權）人: 江西銀匯新能源有限公司
• 主分類號: H01M50/431
• 分類號: H01M50/431;H01M50/403;H01M10/052
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 呂少楠

本發明公開了一種功能化柔性膜及其制備方法和應用，所述柔性膜包括如下重量份的組分：氧化石墨烯1?10份、粘結劑5?15份和磷系阻燃劑10?80份。本發明通過將氧化石墨烯均勻分散于丙酮和N,N?二甲基甲酰胺的混合溶劑中，并優化粘結劑和磷系阻燃劑的用量比，通過采用相轉化法制備成膜。其中氧化石墨烯能夠增強功能化柔性隔膜的導熱性能、浸潤性和機械強度，并通過磷系阻燃劑作為隔膜的主要基質，通過各組分之間的共同作用，有效解決了目前鋰金屬電池用隔膜的固有缺陷，在提高隔膜浸潤性的前提下，顯著提高隔膜的熱分布行為和可變形性能，同時匹配高鎳正極基電池以發揮出優異的循環穩定性，因此有望成為下一代金屬基電池的候選材料。

技術領域

本發明涉及電化學儲能材料領域，尤其涉及一種用于功能化柔性膜及其制備方法和應用。

背景技術

下一代金屬基鋰電池正極材料去鈷化成為一種趨勢，高比容量、低成本的富鎳層狀金屬氧化物被認為是極具應用前景的鋰離子動力電池正極材料。然而，層狀高鎳正極材料因性能衰退和熱失控等固有缺陷，成為現存亟需解決的兩大技術難題。

隔膜作為電池至關重要的一部分，對提高電池循環穩定性和安全性作出巨大貢獻。商業化的聚烯烴隔膜，由于較差的潤濕性和較低的熱變形溫度，無法滿足下一代金屬基鋰電池的苛刻要求。

近年來，非織造隔膜的出現一定程度上改善了傳統商業化聚烯烴隔膜的浸潤效果。進一步地，以非織造布為基材，將無機陶瓷顆粒涂覆于隔膜表面的復合隔膜，其熱穩定性得到優化，但仍無法滿足現今3C產品及動力電池的使用要求。因此，亟待開發可以匹配高鎳正極材料的高穩定隔膜，以解決現有鋰離子電池隔膜浸潤性差、熱收縮率低和熱分布不均勻，以及正極材料自身容量保持率低、熱穩定性差等技術問題。

發明內容

為了改善上述技術問題，本發明提供一種功能化柔性膜，所述柔性膜包括如下重量份的組分：氧化石墨烯1-10份、粘結劑5-15份和磷系阻燃劑10-80份。

例如，所述柔性膜中，氧化石墨烯的含量為3-8份，示例性為1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份。

例如，所述柔性膜中，粘結劑的含量為7-13份，示例性為5份、7份、9份、10份、12份、14份、15份。

例如，所述柔性膜中，磷系阻燃劑的含量為20-70份，又如30-60份，示例性為10份、15份、20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份。

根據本發明的實施方案，所述氧化石墨烯為含有大量親水基團的氧化石墨烯，例如為含有大量含氧官能團的氧化石墨烯。優選地，所述氧化石墨烯為片狀氧化石墨烯，例如為單層氧化石墨烯。

根據本發明的實施方案，所述磷系阻燃劑和粘結劑的重量份數比為(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。

根據本發明的實施方案，所述磷系阻燃劑為無機磷系阻燃劑，例如為磷酸酯、亞磷酸酯、磷酸三甲苯酯和次磷酸中的一種、兩種或更多種，優選為次磷酸鋁。

根據本發明的實施方案，所述磷系阻燃劑的粒徑為1-100μm；優選為10-90μm；示例性為1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。

根據本發明的實施方案，所述磷系阻燃劑為本領域已知的常規方法制備得到，也可以為商業途徑購買獲得的。

根據本發明示例性的實施方案，所述次磷酸鋁由一水次磷酸鈉和十八水硫酸鋁反應得到。例如一水次磷酸鈉和十八水硫酸鋁的摩爾比為(6-9):1，優選7.5∶1。例如，反應的溫度為80-100℃，優選90℃；例如反應的時間為2-5h，優選為3h。