[发明专利]化学电源用多功能复合膜

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源领域，具体是涉及一种化学电源用多功能复合膜。

背景技术

在传统化石能源逐渐枯竭的今天，锂离子电池，超级电容器，液流电池以及类似工作原理的化学电源越来越受到重视，已经在便携式电子产品和通讯工具中广泛应用，并逐步用于电动汽车的动力电源和大型能量存储。纵观电池各个组成部分近年来的发展来说，正极，负极以及电解液方面受到的关注远远的多于隔膜层和集流体材料等部分，这导致隔膜和集流体在多年来没有太多的改变。而作为动力能源，对电池的安全性能及能量密度要求大大提高。作为大型能量存储，也对电池的安全性，稳定性提出了很高的要求。以现阶段的锂离子电池为例，传统的聚烯烃隔膜用于动力电池时在绝缘性、机械强度、耐热性等方面存在缺陷，为安全性能留下隐患。此外，现有锂离子电池所用集流体为铝箔和铜箔，以1865140的方形电池为例，集流体在整个电池中的占重比达20％，占涂布极片的体积比也达到10％，同时集流体上的氧化物钝化层也增加了电池的内阻。以上都制约了锂离子电池在动力能源和大型能量存储方面的发展。

近年来，石墨烯材料因为其独特的结构和优异的性能受到了广泛的关注。石墨烯材料具有二维的超薄结构，极高的电导率和热导率，良好的亲油性，极好的化学稳定性和热学稳定性，超强的力学性能(Science2004，306，666-669)。这些都显示出了石墨烯材料在储能领域的巨大应用潜力。同时，对石墨烯进行处理也可以增加其传输锂离子的能力(Nanoscale2013，5，8647-8655)，甚至能让石墨烯对离子有选择透过性，这更显示了石墨烯在液流电池中的巨大应用潜力(Science2014，343，752-754)。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种化学电源用多功能复合膜以及其应用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种化学电源用多功能复合膜，由相互附着的石墨烯导电层和隔膜层构成；所述石墨烯导电层的厚度为0.3nm～10mm，孔径为0～1mm，孔隙率为0～80％；所述隔膜层的厚度为0.3nm～10cm，孔径为0～100μm，孔隙率为0～80％。

优选的，所述石墨烯导电层由单层石墨烯、单层还原氧化石墨烯、石墨烯纸、还原氧化石墨烯纸、单层多孔石墨烯、单层多孔还原氧化石墨烯、多孔石墨烯纸、多孔还原氧化石墨烯纸中的一种构成；或者，所述石墨烯导电层由石墨烯或者还原氧化石墨烯所构成的膜、骨架、凝胶中的一种构成；

所述隔膜层由聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜、生物膜、陶瓷管、固态电解质、全氟磺酸树脂、石棉膜、碳化硅膜、铝酸锂膜、陶瓷管、Nafion膜中的一种构成；或者，所述隔膜层由聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜、生物膜、陶瓷管、固态电解质、全氟磺酸树脂、石棉膜、碳化硅膜、铝酸锂膜、陶瓷管、Nafion膜中的一种膜的改性材料膜构成。

作为化学电源用多功能复合膜的另一种替代方案，由依次附着的第一石墨烯导电层、隔膜层和第二石墨烯导电层构成；所述第一石墨烯导电层的厚度为0.3nm～10mm，孔径为0～1mm，孔隙率为0～80％；所述隔膜层的厚度为0.3nm～10cm，孔径为0～100μm，孔隙率为0～80％；所述第二石墨烯导电层的厚度为0.3nm～10mm，孔径为0～1mm，孔隙率为0～80％。

优选的，所述第一石墨烯导电层由单层石墨烯、单层还原氧化石墨烯、石墨烯纸、还原氧化石墨烯纸、单层多孔石墨烯、单层多孔还原氧化石墨烯、多孔石墨烯纸、多孔还原氧化石墨烯纸中的一种构成；或者，所述第一石墨烯导电层由石墨烯或者还原氧化石墨烯所构成的膜、骨架、凝胶中的一种构成；

所述隔膜层由聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜、生物膜、陶瓷管、固态电解质、全氟磺酸树脂、石棉膜、碳化硅膜、铝酸锂膜、陶瓷管、Nafion膜中的一种构成；或者，所述隔膜层由聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜、生物膜、陶瓷管、固态电解质、全氟磺酸树脂、石棉膜、碳化硅膜、铝酸锂膜、陶瓷管、Nafion膜中的一种膜的改性材料膜构成。

所述第二石墨烯导电层由单层石墨烯、单层还原氧化石墨烯、石墨烯纸、还原氧化石墨烯纸、单层多孔石墨烯、单层多孔还原氧化石墨烯、多孔石墨烯纸、多孔还原氧化石墨烯纸中的一种构成；或者，所述第二石墨烯导电层由石墨烯或者还原氧化石墨烯所构成的膜、骨架、凝胶中的一种构成；