[发明专利]一种锂电池用多功能隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了属于可充放的高比能二次电池技术领域的一种锂电池用多功能隔膜及其制备方法和应用。锂电池用多功能隔膜包括还原的氧化石墨烯层和支撑性高分子隔膜，所述还原的氧化石墨烯层附着在支撑性高分子隔膜上。本发明通过将还原的氧化石墨烯附着于支撑性的高分子隔膜表面形成多功能隔膜，还原的氧化石墨烯具有大比表面积、多种表面官能团和特殊的孔道结构，能阻挡过渡金属离子通过，赋予隔膜离子选择性透过的功能，大幅度提升锂离子和锂金属电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于可充放的高比能二次电池技术领域，特别涉及一种锂电池用多功能隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池的不断发展，有力推动了便携式电子设备、电动汽车和智能电网的不断发展，极大的改变了人们的生产和生活方式，使世界朝着便携和清洁的方向不断进步。然而，受制于电池本身材料，锂离子电池的能量密度逐渐趋向于极限。开发下一代高稳定性、高比能的二次电池成为世界各国共同关注的焦点和必争领域。

高稳定性、高比能电池的开发需要正负极材料间的匹配和兼容。过渡金属氧化物正极，如镍钴锰酸锂正极、富锂锰基正极，展现出高比容量的优势。相对于基于多电子转化机制的硫正极，过渡金属氧化正极循环稳定性高，容量保持率性好并且工艺成熟度高。此外，其还可以与石墨、金属锂或硅负极匹配。因此，过渡金属氧化物正极成为下一代高稳定性、高比能电池的重要的正极材料。但是，过渡金属氧化物正极存在着严重的过渡金属离子溶出，扩散到负极表面，将会破坏负极的稳定性，恶化电池的整体性能，其中锰离子对负极的破坏最严重。过渡金属离子溶出对负极的破坏，不仅体现在石墨负极上，也会影响锂金属负极和硅负极。目前，现有锂离子电池的生产工艺中已经采用表面包覆和体相掺杂的技术来缓解正极过渡金属离子的溶出。但是，表面包覆和体相掺杂工艺复杂、成本高。采用表面包覆和体相掺杂已经很难继续提升锂离子电池的循环寿命。因此，想要继续提升现有锂离子电池以及下一代采用锂金属和硅作为负极的高比能电池的的循环寿命，迫切需要新的以及工艺简单的技术。

隔膜作为电池不可缺少的一部分，其目前的功能是电子绝缘和离子导通。但是，对离子的导通并没有选择性，锂离子和过渡金属离子均可扩散通过，从而造成过渡金属离子对负极的破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池用多功能隔膜及其制备方法和应用，具体技术方案如下：

一种锂电池用多功能隔膜包括还原的氧化石墨烯层和支撑性高分子隔膜，所述还原的氧化石墨烯层附着在支撑性高分子隔膜上。

本发明所述锂电池用多功能隔膜具有离子选择透过性。

更进一步地，本发明所述锂电池用多功能隔膜能阻挡过渡金属离子通过。

更进一步地，本发明所述锂电池用多功能隔膜能阻挡锰离子等过渡金属离子通过。

本发明所述还原的氧化石墨烯含有或不含羧基、羟基和环氧基官能团中的一种或多种。

本发明所述支撑性高分子隔膜为聚乙烯(PE)隔膜、聚丙烯(PP)隔膜、聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)复合隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)复合隔膜、聚偏氟乙烯隔膜、玻璃纤维隔膜、纤维素隔膜、聚酯隔膜、聚酰亚胺隔膜或聚酰胺隔膜。

本发明所述的锂电池用多功能隔膜中，所述还原的氧化石墨烯层的厚度为2～500微米，还原的氧化石墨烯层的孔道直径为0.1～10纳米，比表面积600m²/g以上。

本发明所述锂电池用多功能隔膜的制备方法为，采用浸渍涂膜法、旋转涂膜法、刮刀涂膜法或直接分散法中的任意一种方法将还原的氧化石墨烯涂覆在支撑性高分子隔膜上。

更进一步地，本发明还原的氧化石墨烯的制备为：在利用现有技术制备得到还原性氧化石墨烯后，再经高温处理得到本发明所述的还原的氧化石墨烯。所述高温处理的温度为250-1000℃，优选为250℃、600℃、1000℃。