[发明专利]一种基于石墨烯膜的金属离子电池产气测试方法以及膜组件和制备方法

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯膜的金属离子电池产气测试方法以及膜组件和制备方法，属于膜分离技术领域。通过旋涂的方法使石墨烯纳米片在支撑体上堆叠成膜。在离心力的作用下，纳米片边缘羧基之间的静电排斥作用能够被有效抑制，有助于形成结构规整的层间通道，在监测电池产气过程中，对于碳酸酯类有机溶剂分子具有优异的截留性能，同时允许CO₂分子透过膜层，对于电池连续运行及产气机理分析具有重要意义。此外，提出了适用于石墨烯膜的新型密封方式，有效避免在垫圈密封过程中对膜结构产生的破坏，不仅能够保证石墨烯膜展现其本征分离性能，而且使得该膜能够重复使用，有助于实现石墨烯膜的大规模应用。

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯膜的金属离子电池产气测试方法以及膜组件和制备方法，属于气体分离技术领域。

背景技术

石墨烯材料具有单原子层厚度，现已成为高性能分离膜材料的理想构筑单元。通过有效调控石墨烯纳米片的堆叠方式，可以构筑物理尺寸与物化性质各异的亚纳米级传质通道，实现不同分子/离子的选择性透过。因此，已报道的石墨烯膜在海水淡化、有机溶剂脱水以及气体分离领域均展现出优异的性能。但是，为了利用纳米片的超薄特性实现高效传质，所制备的石墨烯分离膜厚度通常在100nm以下，此时采用常规的垫圈密封方式易导致膜结构被破坏，分离性能大大降低，且拆卸后的分离膜将无法重复使用，需要提出适用于石墨烯膜的密封方式以确保膜使用过程中的结构完整性。

软包电池在储存或循环过程中的产气行为是电池行业的一个重要问题。在电池使用期间，软包电池的胀气会对电池性能产生负面影响，并存在安全风险。通过实时监测电池运行过程中的产气情况，研究不同气体分子(如CO₂、O₂等)的来源及其形成条件，将有助于合理设计具有优异热稳定性和减少产气的电解液配方。但是在载气吹扫电池产气进入质谱分析的同时，作为电解液的碳酸酯类有机溶剂(例如DMC、DEC等)在载气吹扫下会形成蒸汽而逐渐流失，最终碳酸酯类有机溶剂干涸而导致电池运行被迫终止，无法实现电池产气的长期连续监测。常规的聚合物分离膜材料在DMC作用下，均会发生不同程度的溶胀，导致碳酸酯类有机溶剂截留效率低，无法满足连续测试的要求。因此，亟需制备高效截留碳酸酯类有机溶剂的分离膜材料，实现原位监测电池产气过程中的CO₂/碳酸酯类有机溶剂分离，以确保电池的长期稳定运行。

发明内容

本发明解决了对软包金属离子电池在存储或者运行过程中产气现象进行实时测试产生的电解液中碳酸酯类有机溶剂不断流失、使测试不能连续进行的问题。本发明通过石墨烯分离膜成功地对电池产气中的DMC和CO₂、O₂等气体的分离，将回收的碳酸酯类有机溶剂返回至电池中，实现了维持电池表面溶剂量、避免电池干涸的作用。

本发明的第一个目的，提供了：

一种金属离子电池的产气测试方法，包括如下步骤：

步骤1，将电池产气供入石墨烯膜中进行分离，使产气中的碳酸酯类有机溶剂被截留，其它气体透过膜；

步骤2，将截留的产气返回至电解液中。

在一个实施方式中，所述的碳酸酯类有机溶剂选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)或者碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或几种的混合。

在一个实施方式中，步骤1中通过吹扫的方式将产气送入石墨烯膜中进行分离。

在一个实施方式中，步骤1中吹扫气压力范围0.01-1MPa，温度5-85℃。