[发明专利]一种功能化柔性膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种功能化柔性膜及其制备方法和应用，所述柔性膜包括如下重量份的组分：氧化石墨烯1‑10份、粘结剂5‑15份和磷系阻燃剂10‑80份。本发明通过将氧化石墨烯均匀分散于丙酮和N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶剂中，并优化粘结剂和磷系阻燃剂的用量比，通过采用相转化法制备成膜。其中氧化石墨烯能够增强功能化柔性隔膜的导热性能、浸润性和机械强度，并通过磷系阻燃剂作为隔膜的主要基质，通过各组分之间的共同作用，有效解决了目前锂金属电池用隔膜的固有缺陷，在提高隔膜浸润性的前提下，显著提高隔膜的热分布行为和可变形性能，同时匹配高镍正极基电池以发挥出优异的循环稳定性，因此有望成为下一代金属基电池的候选材料。

技术领域

本发明涉及电化学储能材料领域，尤其涉及一种用于功能化柔性膜及其制备方法和应用。

背景技术

下一代金属基锂电池正极材料去钴化成为一种趋势，高比容量、低成本的富镍层状金属氧化物被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。然而，层状高镍正极材料因性能衰退和热失控等固有缺陷，成为现存亟需解决的两大技术难题。

隔膜作为电池至关重要的一部分，对提高电池循环稳定性和安全性作出巨大贡献。商业化的聚烯烃隔膜，由于较差的润湿性和较低的热变形温度，无法满足下一代金属基锂电池的苛刻要求。

近年来，非织造隔膜的出现一定程度上改善了传统商业化聚烯烃隔膜的浸润效果。进一步地，以非织造布为基材，将无机陶瓷颗粒涂覆于隔膜表面的复合隔膜，其热稳定性得到优化，但仍无法满足现今3C产品及动力电池的使用要求。因此，亟待开发可以匹配高镍正极材料的高稳定隔膜，以解决现有锂离子电池隔膜浸润性差、热收缩率低和热分布不均匀，以及正极材料自身容量保持率低、热稳定性差等技术问题。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种功能化柔性膜，所述柔性膜包括如下重量份的组分：氧化石墨烯1-10份、粘结剂5-15份和磷系阻燃剂10-80份。

例如，所述柔性膜中，氧化石墨烯的含量为3-8份，示例性为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，粘结剂的含量为7-13份，示例性为5份、7份、9份、10份、12份、14份、15份。

例如，所述柔性膜中，磷系阻燃剂的含量为20-70份，又如30-60份，示例性为10份、15份、20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份。

根据本发明的实施方案，所述氧化石墨烯为含有大量亲水基团的氧化石墨烯，例如为含有大量含氧官能团的氧化石墨烯。优选地，所述氧化石墨烯为片状氧化石墨烯，例如为单层氧化石墨烯。

根据本发明的实施方案，所述磷系阻燃剂和粘结剂的重量份数比为(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。

根据本发明的实施方案，所述磷系阻燃剂为无机磷系阻燃剂，例如为磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸三甲苯酯和次磷酸中的一种、两种或更多种，优选为次磷酸铝。

根据本发明的实施方案，所述磷系阻燃剂的粒径为1-100μm；优选为10-90μm；示例性为1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。

根据本发明的实施方案，所述磷系阻燃剂为本领域已知的常规方法制备得到，也可以为商业途径购买获得的。

根据本发明示例性的实施方案，所述次磷酸铝由一水次磷酸钠和十八水硫酸铝反应得到。例如一水次磷酸钠和十八水硫酸铝的摩尔比为(6-9):1，优选7.5∶1。例如，反应的温度为80-100℃，优选90℃；例如反应的时间为2-5h，优选为3h。