[发明专利]一种隔膜及其制备方法和包含该隔膜的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种隔膜及其制备方法，所述隔膜包括聚乙烯膜，在所述聚乙烯膜的两面均涂覆有改性层，所述改性层由纳米陶瓷沉积石墨烯和有机聚合物构成。将石墨烯制成3,4,5‑三甲氧基苯共价修饰石墨烯，然后生成纳米陶瓷沉积石墨烯，接着将所述纳米陶瓷沉积石墨烯、有机聚合物和成孔剂加入有机溶剂中混合形成共混液；最后将聚乙烯膜完全浸入所述共混液中，浸润后，再浸入沉淀剂中沉淀，最后常温烘干制得隔膜。本发明的隔膜在实现轻量化的同时，还具有高吸液率、高传热性、高热稳定性，同时具有高锂离子亲和力和传输速率。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种隔膜及其制备方法，还涉及一种包含该隔膜的锂离子电池。

背景技术

隔膜作为四大主材之一，在锂离子电池中起着决定性的作用。它的主要作用是隔绝正负极的物理接触以免引起内部短路，同时允许锂离子在隔膜中自由的迁移。隔膜的性能直接决定了电池的内阻、电解液的吸附以及锂离子的传输等，极大地影响锂离子电池的电性能和安全性。传统的聚烯烃隔膜，由于其疏电解液性，高温热收缩大等缺点，导致锂离子电池的循环和倍率性能差，以及安全性能不好，极大地限制了其在动力电池方面的应用。为了提高隔膜的功能性和安全性，隔膜的表面功能化成为了研究方向。

石墨烯由于其优良的物化性能，得到了众多的关注，其强机械性能，化学稳定性和优良的传热性能够极大的提高隔膜在锂离子电池中的应用。氧化铝由于其极好的热力学稳定性和亲液性能够降低隔膜的热收缩和提高隔膜的电解液浸润性，改善隔膜与正负极之间的界面。但常规的氧化铝陶瓷涂覆方式通常涂覆厚度在微米级别，对于锂离子电池的轻量化不利。

发明内容

基于此，本发明提供了一种隔膜及其制备方法，将石墨烯通过接枝改性作为纳米陶瓷原子层沉积的种子层，将纳米陶瓷涂层控制在纳米级厚度，然后将纳米陶瓷沉积石墨烯与有机聚合物共混，共沉淀在聚乙烯膜的表面，解决了现有的锂离子电池无法轻量化、循环和倍率性能差、安全性能不好的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种隔膜，包括聚乙烯膜，在所述聚乙烯膜的两面均涂覆有改性层，所述改性层由纳米陶瓷沉积石墨烯和有机聚合物构成。

进一步的，所述纳米陶瓷沉积石墨烯为纳米陶瓷原子层沉积石墨烯，所述石墨烯为3,4,5-三甲氧基苯共价修饰石墨烯，所述纳米陶瓷为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锡中的一种。

进一步的，所述有机聚合物为聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯。本发明在聚乙烯膜的两侧均涂覆改性层，改性层中的有机聚合物一方面起到粘结的作用，最主要的其可以吸收和存储电解液，提高隔膜的性能。

本发明的另一个目的在于提供一种上述隔膜的制备方法，包括以下步骤：

a、石墨烯的制备：将石墨烯纳米片加入到3,4,5-三甲氧基苯胺、稀盐酸、亚硝酸钠和铁粉的水溶液中，常温避光放置，得到3,4,5-三甲氧基苯共价修饰石墨烯；

这里反应方程式如下：

生成的高活性3,4,5-三甲氧基苯自由基自发与石墨烯纳米片发生接枝反应，从而得到3,4,5-三甲氧基苯共价修饰石墨烯，在石墨烯上接枝的官能团提供为纳米陶瓷原子层沉积的种子层。

b、纳米陶瓷沉积石墨烯：在原子层沉积反应器中，将所述3,4,5-三甲氧基苯共价修饰石墨烯与前驱体和水反应，生成纳米陶瓷沉积石墨烯，所述前驱体为三甲基铝、四氯化钛、四氯化硅、四氯化锡中的一种；此步骤中，以接枝官能团的改性石墨烯为基底，改性官能团甲氧基为种子层，在氮气作为载气下，将前驱体蒸气和水蒸气交替送入反应仓内，在改性石墨烯基底上一层层沉积，从而控制纳米陶瓷的厚度在纳米级，实现隔膜的轻量化的同时，纳米陶瓷沉积石墨烯能明显提高隔膜的浸润性和机械强度，且能降低隔膜的热收缩、提高热稳定性和化学稳定性。