[发明专利]一种包含石墨烯/纤维素复合材料的隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种包含石墨烯/纤维素复合材料的隔膜及其制备方法，所述隔膜包括隔膜基层、朝向正极片一侧隔膜基层表面上的石墨烯/纤维素复合材料层和/或朝向负极片一侧隔膜基层表面上的石墨烯/纤维素复合材料层，所述石墨烯/纤维素复合材料层包括石墨烯、纤维素和其他助剂；所述包含石墨烯/纤维素复合材料的隔膜在使用过程中，不仅具有低厚度、高吸液量、低电阻的特性，使锂离子电池容量高、使用寿命长性能，其中石墨烯成分还可以有效形成热量传输网络，在局部发生过热现象时及时扩散热量，从而提高隔膜耐热性，增加电池的安全性能。所述隔膜的制备方法简单，反应条件温和，制作周期短，可以实现大规模工业化的生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种包含石墨烯/纤维素复合材料的隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。其以体积小、重量轻、工作电压高、比能量大、循环寿命长、无污染等优点而备受研究者的青睐。可广泛应用于航空航天、电子器件、日常生活的各个领域中。目前使用的锂离子电池一般都是由正负极、电解质和隔膜组成。隔膜是锂离子电池的关键内层组件之一，锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，即充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。而隔膜的主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过，同时能够允许锂离子的通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。

目前，锂离子电池中常用的隔膜为多层结构或陶瓷涂布的隔膜；其能很好的起到阻断正负极材料和支撑的作用，当隔膜被穿刺时开始会发生局部发热，此时隔膜阻断层如果能快速发生熔化闭孔，可以避免电池热爆走而爆炸，但是当局部的发热速度大于熔化速度时，就无法达到阻断作用。而且，长时间使用后，金属锂会在负极上结晶形成树枝状的金属锂——枝晶；当所述枝晶生长到一定程度便会刺破隔膜，造成电池内部短路，严重威胁人身安全，这严重限制了锂离子电池使用寿命的延长、能量密度和理论容量的提高。

不仅如此，以目前的工艺制备得到的锂离子电池的能量密度和实际容量都相对较低，已经不能满足人们的需要；主要原因是由于隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池使用的安全性能，因而，锂离子电池制造对隔膜材料产品的一致性要求极高，除了厚度、表面密度、力学性能这些基本要求之外，对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也都有很高的要求。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是已知的最薄、最坚硬的纳米材料，具有超轻薄、超高的力学强度、独特的气阻性、高比表面积和表面活性，并兼具了普通石墨耐高温、耐腐蚀、高润滑的特性。单层石墨烯理论厚度0.334纳米，导热系数极高、电子迁移速度极快，是目前电阻率最低的材料，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管，是当前世界重点研发和生产的新型导电、导热材料，未来将广泛应用于移动设备、航空航天、新能源电池、生物医药等工业领域。纳米级石墨微粒子是采用特殊技术、辅以先进生产工艺将纯天然鳞片石墨经长时间研磨、高速离心分离、凝析、压滤而制的，是优质石墨烯生产的新型材料。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种包含石墨烯/纤维素复合材料的隔膜及其制备方法，所述隔膜包括隔膜基层、朝向正极一侧表面上的石墨烯/纤维素复合材料层和/或朝向负极一侧表面上的石墨烯/纤维素复合材料层。

本发明的目的之二是提供一种锂离子电池，所述电池包括上述的隔膜。