[发明专利]一种温敏隔膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种温敏隔膜及其制备方法与应用，所述温敏隔膜由复合材料制备而成，所述复合材料包括基体层和嫁接在所述基体层上的聚合物层，所述基体层为氧化石墨烯(GO)，所述聚合物层为聚磺基甜菜碱。所述制备方法包括以下步骤：将GO经羟基化处理得到GO‑OH；GO‑OH表面引入有机Br基团；将聚磺基甜菜碱共价接枝于GO表面，得到复合材料；将所述复合材料分散后通过真空抽滤将复合材料制成复合薄膜。本发明方案通过将温敏聚合物聚磺基甜菜碱集成到隔膜，以制备温度响应型智能隔膜，利用聚磺基甜菜碱温度响应行为，实现不同温度下隔膜对锂离子传输的可逆控制，及时感知并抑制放热副反应与热失控。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种温敏隔膜及其制备方法与应用。

背景技术

能源短缺，使储能技术显得尤为重要。储能主要是指电能的储存，电池和电容器是两种常用的储能元件。电容器充放电效率高，而电池能量密度高，因此，两者通常互补辅助使用。

常用的电池包括锂离子电池、锂硫电池及质子交换膜燃料电池等，其中锂离子电池是目前使用最为广泛的一种电池。锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能电池，在能源化学和材料化学领域均备受关注。目前，锂离子电池已被广泛应用于便携式电子产品、航空、照明及电动汽车等多个领域，几乎涉足各行各业。近年来，随着各种高性能电极材料的开发，电池能量密度和循环寿命已经获得显著提高，然而安全性问题尚未得到有效解决，尤其是近期频繁发生的手机电池、电动汽车起火爆炸事故，更加大了社会对锂离子电池安全性的关注。短路、过充和快速充放电等容易引起电池内部温度异常升高的情况，均可以引发电池内部电解液、固体电解质界面(solid electrolyte interphase，SEI膜)、电极材料分解等潜在的放热副反应，导致热失控，引起电池发生燃烧、爆炸等不安全行为。锂离子电池产业作为重点发展的新能源、新能源汽车和新材料三大产业中交叉产业，近期出台的一系列支持锂离子电池产业的政策，将直接带动锂离子电池市场保持调整增长态势。然而，安全性是锂离子电池发展的主要障碍，其决定着锂电未来市场的命运。因此，解决安全性问题对于促进电池发展具有重要意义。

由于热失控是导致电池不安全行为的根本原因，且电池内部放热副反应的发生是造成热失控的直接因素，因此，防止热失控是提高锂离子电池安全性的关键。尽管现有研究已发展了加载专用保护电路及设置专用管理系统等多种技术以增强电池使用过程的安全性，但均属于单一间接保护技术，对电池在实际使用中因内部短路而引发的放热副反应往往无能为力。因此，响应电池内部放热副反应，建立自激发过热保护机制，对于拓展电池在新能源技术领域的应用具有重要意义。近年来，有研究者发现在电池内部使用热封闭隔膜可以使得当电池内部有大电流通过造成电池温度上升时，电池内部的多孔隔膜迅速软化，由于电池卷芯较紧，隔膜受到挤压，多孔结构相互粘连而形成一种几乎完全封闭的结构，不能再为离子的传输提供通道，此时，流过电池的电流被迅速切断。然而现有技术中使用的热封闭膜往往不具有可逆性，当电池从高温回复到正常温度范围时，电池通常无法恢复使用，虽然能在一定程度上解决安全性问题，但一定安全性问题出现后，仍需更换新的电池。因此，开发可逆性电池热保护技术是目前该领域发展的重要需求。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种能够可逆保护电池热失控的温敏隔膜。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供上述温敏隔膜的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供上述温敏隔膜的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种温敏隔膜，所述温敏隔膜由复合材料制备而成，所述复合材料包括基体层和嫁接在所述基体层上的聚合物层，所述基体层为氧化石墨烯(graphene oxide，GO)，所述聚合物层为聚磺基甜菜碱(Poly-[2-(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl(3-sulfopropyl)ammonium，PMEDSA)。