[发明专利]一种通过电泳沉积实现二次电池隔膜表面用纳米碳材料改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池领域，尤其涉及一种对二次电池隔膜表面用纳米碳材料改性的方法。

背景技术

将表面沉积纳米碳材料的隔膜用于二次电池，即对隔膜进行纳米碳材料表面改性后用于二次电池，可以提高二次电池的充放电性能。比如，已经有科技文献报道，采用石墨烯表面改性的隔膜替代未改性隔膜用于锂离子电池和锂硫电池，不仅能够提高这两种电池的比容量，还能够提高循环性能和电池倍率性能。

目前常采用涂覆技术和喷涂技术制备纳米碳表面改性隔膜。涂覆法首先将纳米碳材料与溶剂混合配制成浆料，然后用刮涂的方法将浆料涂覆在隔膜表面，干燥压制后得到纳米碳表面改性的隔膜。因浆料流变性质的限制，涂覆法不易实现超薄纳米碳层在隔膜表面的均匀涂覆，实际操作时容易出现隔膜底层暴露的问题。喷涂法是将纳米碳分散液以小液滴的状态喷涂在电池隔膜表面，分散液溶剂干燥后，制得纳米碳表面改性的隔膜。然而，小液滴溶剂的挥发干燥需要时间，在干燥过程中，小液滴之间会聚集为大液滴，干燥后大液滴内的纳米碳颗粒或纳米碳片相互搭接团聚。这个现象会导致在隔膜上喷涂薄纳米碳层时，出现纳米碳在隔膜表面分布不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有涂覆法在制备超薄纳米碳层改性隔膜时隔膜底层暴露，以及现有喷涂法在制备薄纳米碳层改性隔膜时纳米碳层表面分布不均匀的问题，而提供一种通过电泳沉积实现二次电池隔膜表面用纳米碳材料改性的方法。

本发明的一种通过电泳沉积实现二次电池隔膜表面用纳米碳材料改性的方法按以下步骤进行：

一、制备稳定纳米碳材料分散液：将纳米碳材料超声分散于溶剂中，得到纳米碳材料的浓度为0.01mg/mL～40mg/mL的稳定纳米碳材料分散液；

二、电泳沉积：将步骤一得到的稳定纳米碳材料分散液作为电泳液，然后将电泳正极和电泳负极置于电泳液中，保证电泳正极的极面与电泳负极的极面平行相对放置，且电泳正极和电泳负极之间的距离为0.2cm～20cm，将二次电池隔膜置于电泳正极和电泳负极之间，且使隔膜面与电泳正极的极面平行，在电泳沉积电压为1.0V～1000.0V的条件下下电泳沉积0.1min～600min，完成电泳沉积，取出后干燥，得到一面沉积有纳米碳材料的隔膜；所述的电泳正极为惰性金属片或石墨片，所述的电泳负极为惰性金属片或石墨片；

三、压制：将步骤二得到的一面沉积有纳米碳材料的隔膜在压制压强为0.1MPa～500MPa的条件下进行压制，完成对二次电池隔膜表面用纳米碳材料改性，得到纳米碳材料表面改性隔膜。

本发明有益效果

(1)本发明提供一种通过电泳沉积纳米碳材料实现用纳米碳材料对各种二次电池隔膜进行表面改性的方法。采用电泳技术，实现在隔膜表面沉积纳米碳材料，可以通过改变电泳电压、电泳时间、纳米碳分散液中纳米碳浓度和电极间距精确调控单位面积隔膜上沉积纳米碳材料的量，具有可控性强的优点。

(2)采用电泳技术实现纳米碳表面改性隔膜的制备，可有效避免制备薄纳米碳层改性隔膜时隔膜底层暴露和纳米碳层不均匀的问题。

(3)本发明的制备方法，工艺过程简单，生产成本低。

附图说明

图1为试验一和实验二中使用的连续电泳沉积装置示意图；其中箭头方向为隔膜前进方向，a代表两个电泳电极；

图2为试验三和实验四使用的非连续电泳沉积装置示意图；其中a代表恒压电源、b代表两个电泳电极、c代表隔膜；

图3为试验一得到的胺基化还原氧化石墨烯表面改性锂离子电池隔膜的扫描电镜照片；

图4为试验一得到的胺基化还原氧化石墨烯表面改性锂离子电池隔膜的宏观数码照片；

图5为试验二得到插层石墨烯表面改性锂硫电池隔膜的扫描电镜照片；

图6为试验二得到插层石墨烯表面改性锂硫电池隔膜的宏观数码照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种通过电泳沉积实现二次电池隔膜表面用纳米碳材料改性的方法按以下步骤进行：

一、制备稳定纳米碳材料分散液：将纳米碳材料超声分散于溶剂中，得到纳米碳材料的浓度为0.01mg/mL～40mg/mL的稳定纳米碳材料分散液；