CN113823820B - 一种电池隔膜用材料、材料制备方法及电池隔膜 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电池隔膜用材料、材料制备方法及电池隔膜。电池隔膜用材料包括氧化石墨烯纳米片以及附着于所述氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒。由于在二维纳米材料氧化石墨烯纳米片的表面附着亲水性金属氧化物纳米颗粒，因此该材料具有分散性高、亲水性好等优点，同时可以利用亲水性金属氧化物纳米颗粒作为质子传输的活性位点，进而在实现质子快速传导的同时对钒离子传导进行阻隔，降低钒离子的渗透性，从而能够提高电池的使用寿命。

Description

一种电池隔膜用材料、材料制备方法及电池隔膜
技术领域
本申请涉及材料技术领域，尤其涉及一种电池隔膜用材料、材料制备方法及电池隔膜。
背景技术
随着科技的不断发展，越来越多的设备需要利用电池进行供电，因此对电池的使用寿命等提出了更高的要求。在电池中，隔膜的性能对电池使用寿命影响较大，比如目前的全钒氧化还原液流电池(简称钒电池)中，由于隔膜对钒离子的阻隔能力相对较差，使得钒离子渗透严重，可能导致钒电池使用寿命的降低。
发明内容
本申请实施例提供一种电池隔膜用材料、材料制备方法及电池隔膜，用于解决现有技术中的问题。
本申请实施例提供了一种电池隔膜用材料，包括：氧化石墨烯纳米片以及附着于所述氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒。
优选的，所述亲水性金属氧化物纳米颗粒包括如下任意一种或多种：
三氧化钨纳米颗粒；
二氧化钛纳米颗粒；
二氧化硅纳米颗粒。
优选的，所述亲水性金属氧化物纳米颗粒的形态包括：纳米管、纳米棒或纳米球。
优选的，所述亲水性金属氧化物纳米颗粒的直径范围为1nm～100nm。
优选的，所述亲水性金属氧化物纳米颗粒原位生长于所述氧化石墨烯纳米片表面。
本申请实施例还提供了一种电池隔膜，包括：增强层以及设置于所述增强层至少一个表面上的隔离层，其中，所述隔离层包括本申请实施例所提供的电池隔膜用材料。
优选的，所述电池隔膜应用于钒电池。
优选的，所述增强层具体为聚四氟乙烯层。
本申请实施例还提供了一种材料的制备方法，包括：
将混合液在第一温度下反应，并获取固态反应产物，其中，所述混合液中含有氧化石墨烯纳米片、阳离子单体以及目标金属的含氧酸根；
通过将所述固态反应产物进行热处理，生成所述材料，其中，所述材料中的亲水性金属氧化物纳米颗粒由所述目标金属的含氧酸根生成。
优选的，所述阳离子单体具体包括：二甲基二烯丙基氯化铵；和/或，
所述目标金属的含氧酸根具体包括：钨酸根。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
采用本申请实施例所提供的该材料，该材料中包括氧化石墨烯纳米片以及附着于氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒，作为二维纳米材料的氧化石墨烯纳米片的比表面积通常较高，使得在其表面所附着的亲水性金属氧化物纳米颗粒通常具有较高的分散性，并且由于该亲水性金属氧化物纳米颗粒的存在，使材料整体还具有良好的亲水性，同时可以利用亲水性金属氧化物纳米颗粒作为质子传输的活性位点，进而在实现质子快速传导的同时对钒离子传导进行阻隔，降低钒离子的渗透性，从而能够提高电池的使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的，材料制备方法的具体流程示意图；
图2为应用了本申请实施例所提供的电池隔膜的钒电池，与现有技术的钒电池性能测试结果对比图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
如前所示，在电池中，隔膜的性能对电池使用寿命影响较大，比如目前的钒电池中，由于隔膜对钒离子的阻隔能力相对较差，使得钒离子渗透严重，可能导致钒电池使用寿命的降低。
基于此，本申请实施例提供了一种电池隔膜用材料，该材料可以应用于电池的隔膜中，比如应用于钒电池的电池隔膜中，从而提高钒电池的电池隔膜对钒离子的阻隔能力，降低钒离子的渗透，进而提高电池的使用寿命。
在该电池隔膜用材料中包括：氧化石墨烯纳米片(称之为GO)和亲水性金属氧化物纳米颗粒，并且亲水性金属氧化物纳米颗粒附着于氧化石墨烯纳米片的表面。
其中，该氧化石墨烯纳米片可以采用石墨氧化还原法(Hummer法)进行制备得到，也可以通过其他方式制备得到，并且该氧化石墨烯纳米片可以是单层、寡层或多层等。
对于亲水性金属氧化物纳米颗粒，其形态可以为纳米管、纳米棒、纳米球等，当然也可以为诸如核壳结构的纳米颗粒等；而对于该亲水性金属氧化物，具体可以为WO3(三氧化钨)、二氧化钛、二氧化硅等具有一定亲水性的金属氧化物，比如该亲水性金属氧化物可以为WO3，也可以为二氧化钛，也可以为其他具有亲水性的金属氧化物，也可以为多种具有亲水性的金属氧化物的混合。
比如，该亲水性金属氧化物纳米颗粒可以为WO3纳米棒、WO3纳米球、二氧化钛纳米棒、二氧化钛纳米球、二氧化硅纳米棒、二氧化硅纳米球等。
采用本申请实施例所提供的该材料，该材料中包括氧化石墨烯纳米片以及附着于氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒，作为二维纳米材料的氧化石墨烯纳米片的比表面积通常较高，使得在其表面所附着的亲水性金属氧化物纳米颗粒通常具有较高的分散性，并且由于该亲水性金属氧化物纳米颗粒的存在，使材料整体还具有良好的亲水性，同时可以利用亲水性金属氧化物纳米颗粒作为质子传输的活性位点，进而在实现质子快速传导的同时对钒离子传导进行阻隔，降低钒离子的渗透性，从而能够提高电池的使用寿命。
需要说明的是，该亲水性金属氧化物纳米颗粒的直径范围可以为1nm～100nm，从而取得更好的技术效果。比如，该亲水性金属氧化物纳米颗粒的直径可以为1nm、5nm、15nm、20nm、30nm、50nm、75nm、90nm、100nm或介于1nm至100nm之间的其他值。
对于亲水性金属氧化物纳米颗粒在氧化石墨烯纳米片表面的分布情况，其分布的面密度通常可以根据实际需要来确定，比如当该面密度较大时，单位面积上附着的亲水性金属氧化物纳米颗粒数量越多，能够作为质子传输活性位点的数量越多，进而对钒离子传导的阻隔效果越好；但另一方面，当该面密度超过某个阈值时，容易出现颗粒团聚的现象，反而会影响钒离子的阻隔效果，因此可以结合实际情况来确定亲水性金属氧化物纳米颗粒在氧化石墨烯纳米片表面的面密度。比如，当钒离子浓度较高时，该面密度也可以相对较高，或者在不易发生纳米颗粒团聚的情况下，也可以设置更高的面密度。
另外，对于该氧化石墨烯纳米片，由于其比表面积越大时，通常能够使得表面所附着的亲水性金属氧化物纳米颗粒越分散，进而也能够影响亲水性金属氧化物纳米颗粒在氧化石墨烯纳米片表面的面密度，因此也可以根据实际需要来选定合适比表面积的氧化石墨烯。
另外，对于亲水性金属氧化物纳米颗粒在氧化石墨烯纳米片表面的附着方式，可以是原位生长的附着方式，比如，该亲水性金属氧化物纳米颗粒原位生长于氧化石墨烯纳米片的表面。比如，在实际应用中，可以通过热处理等方式，在氧化石墨烯纳米片的表面原位生长出该亲水性金属氧化物纳米颗粒。
基于本申请上述实施例所提供的电池隔膜用材料，本申请实施例还可以通过一种电池隔膜，该电池隔膜的结构包括增强层以及设置于增强层至少一个表面上的隔离层，其中，该隔离层利用上述实施例所提供的电池隔膜用材料制备。由于该材料对钒离子的传导具有良好的阻隔作用，该电池隔膜也对钒离子的传导具有良好的阻隔作用，从而能够降低钒电池中钒离子的渗透性，进而在将该电池隔膜应用于钒电池时，能够提高钒电池的使用寿命。
需要说明的是，该电池隔膜中可以包括增强层和一个隔离层，该隔离层可以设置于该增强层的任意一个表面；该电池隔膜也可以包括增强层和两个隔离层，并且两个隔离层可以分别设置于增强层的两个表面，或者其中一个隔离层(称之为第一隔离层)设置于该增强层的表面，另一个隔离层设置于该第一隔离层的表面；当然，该电池隔膜也可以包括增强层和其他数量的隔离层，并且这些隔离层中，至少一个设置于增强层的表面。
增强层的作用在于承载隔离层，并且该增强层通常还需要不溶于电解液、具有良好的机械性能等，因此可以采用聚四氟乙烯材料来制备出聚四氟乙烯层，作为该增强层；当然也可以采用其他具有良好的机械性能、不溶于电解液的材料制备该增强层，这里对此不做限定。
另外，对于增强层和隔离层的厚度，根据实际需要来设定。比如该增强层的厚度可以为5～20微米，比如可以为5微米、10微米、15微米、20微米等；隔离层的厚度可以为10～20微米，比如为10微米、12.5微米、15微米、15.5微米、17微米、17.5微米、19微米、20微米等。
比如，在10微米厚的增强1两个表面分别设置17.5微米厚的隔离层，该电池隔膜的总厚度为45微米。
需要进一步说明的是，氧化石墨烯纳米片由于自身的比表面积较大，通常具有较强的静电作用，如果直接应用于电池隔膜，容易造成聚合物中分散性较差，从而造成团聚，进而导致形成更大缺陷，增大了的钒离子渗透。此外，氧化石墨烯纳米片由于也不具有离子交换基团，作为改性材料添加到电池隔膜中会阻碍质子的传导，导致较高的膜电阻从而造成电池较大的能量损失。
而本发明实施例中，氧化石墨烯纳米片表面附着有亲水性金属氧化物纳米颗粒，比如该亲水性金属氧化物纳米颗粒为原位生长在氧化石墨烯纳米片表面的WO3纳米棒，能够提高氧化石墨烯纳米片在聚合物溶液中的分散性，进而降低其团聚，另外由于亲水性金属氧化物纳米颗粒的存在，还可以提高亲水性进而使亲水性金属氧化物纳米颗粒作为质子传输的活性位点，在实现质子快速传导的同时对钒离子传导进行阻隔，降低钒离子的渗透性。
上述是对本申请实施例所提供的材料的具体介绍，下面可以进一步提供该材料的制备方法，如图1所示为该制备方法的具体流程示意图，包括如下步骤：
步骤11：将混合液在第一温度下反应，并获取固态反应产物，其中，混合液中含有氧化石墨烯纳米片、阳离子单体以及目标金属的含氧酸根。
对于该第一温度，可以为120℃左右，比如将盛装有混合液的容器置于120℃的加热油或恒温箱等环境下，搅拌进行反应，对于反应的时长，可以在2小时左右。在反应完成之后，可以通过过滤或离心分离等方式获取固态反应产物。当然，对于所获取的固态反应产物，还可以通过离心清洗等方式，比如通过多次离心清洗将其洗涤至中性，从而清除残留物。
在实际应用中，可以通过如下方式配置上述的混合液，比如先将目标金属含氧酸根的可溶盐溶于溶剂中，从而配置第一溶液，其中，该溶剂可以是去离子水或有机溶剂等，相应的当溶剂为水时，目标金属含氧酸根的可溶盐需要能够溶于水，或者当溶剂为有机溶剂时，该目标金属含氧酸根的可溶盐需要能够溶于该有机溶剂。后续将以溶剂为水为例，进行说明。可以将目标金属含氧酸根的可溶盐溶于水中，从而配置出第一溶液，该第一溶液中，该可溶盐的质量分数可以为10wt％左右，比如，将钨酸钠溶于水中，从而配制出质量分数为10wt％的钨酸钠溶液，作为该第一溶液，此时目标金属为金属钨，目标金属含氧酸根为钨酸根。
然后，将目标金属含氧酸根的可溶盐溶于溶剂中，从而配置第二溶液，其中，该第二溶液中，可溶盐的质量分数可以为0.1wt％～1wt％，比如为0.51wt％左右，并且该第二溶液的溶剂可以与第一溶液的溶剂相同。
然后，将阳离子单体溶于溶剂中，从而配制出第三溶液，其中，该第三溶液的溶剂可以与第一溶液的溶剂相同。比如，该阳离子单体可以为二甲基二烯丙基氯化铵，溶剂为水，并且该第三溶液中，阳离子单体的质量分数可以为0.1wt％～5wt％，比如为2wt％左右。在配制出第三溶液之后，可以向该第三溶液中添加氧化石墨烯纳米片，所添加的氧化石墨烯纳米片的重量可以为第三溶液体积的1/100～1/10(比如为1/50)；在向第三溶液中添加氧化石墨烯纳米片之后，可以通过搅拌或超声震荡等方式，使氧化石墨烯纳米片均匀分散，从而制备出分散液。比如，通过超声震荡30min后，在1000r/min下搅拌6h，从而制备出该分散液，此时在该分散液中氧化石墨烯纳米片表面吸附有阳离子单体溶解后的正电荷。
将第二溶液与上述分散液按照体积比为1/100～1/10(比如为1/50)进行混合，并在混合后可以搅拌2～24小时得到新的分散液，然后向新的分散液中继续添加第一溶液，搅拌均匀后得到上述的混合液。其中，新的分散液与所添加的第一溶液之间的而体积比可以为1：0.9～1：1.1，比如两者之间的体积比为1:1。
步骤12：通过将固态反应产物进行热处理，生成电池隔膜用材料，其中，该材料中的亲水性金属氧化物纳米颗粒由目标金属的含氧酸根生成。
在实际应用中，可以将该固态反应产物置于第二温度下进行热处理，使目标金属的含氧酸根反应生成亲水性金属氧化物纳米颗粒，并原位生长于氧化石墨烯的表面，从而制备得到电池隔膜用材料。其中，该第二温度可以为200℃～1000℃，比如为700℃。其中，在该热处理过程中，还可以通入诸如氮气、氩气等保护性气体，从而形成惰性氛围。
在上述步骤S11和步骤S12制备出电池隔膜用材料之后，还可以进一步利用该电池隔膜用材料制备出电池隔膜，具体如下步骤S13～步骤S1所示：
步骤13：将全氟磺酸树脂溶于醇水混合液中，得到全氟磺酸溶液，该醇水混合液通过体积比为1：0.9～1：1.1的水与丙醇配制。
首先可以利用水和丙醇(比如两者体积比为1:1)来配制出该混合液，其中，这里的丙醇可以是正丙醇或异丙醇。在配制出醇水混合液后，可以向该醇水混合液中投入全氟磺酸树脂，其中所投入的全氟磺酸树脂的质量(单位为g)可以为混合液体积(单位为mL)的0.01～0.1倍，比如为0.01倍、0.05倍、0.1倍或其他数值。比如该混合液的体积为1000mL，所投入的全氟磺酸树脂的质量可以为混合液体积的0.05倍，则向该混合液中投入的全氟磺酸树脂的质量为50g。
在将全氟磺酸树脂投入至混合液之后，为了加快全氟磺酸树脂在混合液中的溶解速度，可以将该混合液转移至反应釜中，并将反应釜置于150摄氏度～250摄氏度(比如可以具体为200摄氏度、180摄氏度等)的环境下进行反应，比如反应2～8小时左右；待反应完成后冷却至室温，所得到的澄清液为全氟磺酸溶液。
步骤14：将电池隔膜用材料分散于全氟磺酸溶液中，得到最终分散液，在该最终分散液中，电池隔膜用材料的质量分数为0.5wt％～10wt％。
在上述的步骤S102中制备得到全氟磺酸溶液之后，可以直接向该全氟磺酸溶液中加入电池隔膜用材料，并且在向全氟磺酸溶液中加入电池隔膜用材料之后，可以对悬浊液进行超声震荡或采用其他方式，使电池隔膜用材料分散于全氟磺酸溶液中，从而得到最终分散液。比如，将悬浊液先搅拌30分钟，然后在超声震荡3分钟，从而使电池隔膜用材料分散于全氟磺酸溶液中。
其中，在最终分散液中，电池隔膜用材料的质量分数为0.5wt％～10wt％，比如为0.5wt％、1wt％、2wt％、5wt％、7wt％、10wt％或介于0.5wt％至10wt％之间的其他值。
需要说明的是，在上述的步骤S13中，在制得全氟磺酸溶液之后，还可以先向全氟磺酸溶液中加入高沸点的有机溶剂，其中，所加入的高沸点的有机溶剂与全氟磺酸溶液的质量比为1：5～1：50；在加入高沸点的有机溶剂之后，再将电池隔膜用材料分散于加入高沸点有机溶剂后的全氟磺酸溶液中，得到最终分散液。
由于上述的醇水混合液通过水和丙醇配制，而水和丙醇均容易挥发，后续在利用该最终分散液制作电池隔膜时，容易在隔膜内部形成孔隙。因此，通过加入高沸点的有机溶剂，能够减缓溶剂挥发，从而抑制电池隔膜中孔隙的生成，并且在对电池隔膜进行干燥的过程中，还能使聚合物的分子链重排更加充分，减小电池隔膜内部应力，增强电池隔膜的力学稳定性，获得更致密的电池隔膜。
这里的高沸点的有机溶剂通常可以为N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。比如，可以向溶解全氟磺酸树脂后的混合液中加入N，N-二甲基甲酰胺，并且所加入的N，N-二甲基甲酰胺的质量，可以为溶解全氟磺酸树脂后的混合液的质量的1/5～1/50，比如可以为1/5、1/8、1/10、1/15、1/20、1/25、1/30、1/40、1/45、1/50或其他值。
在向全氟磺酸溶液加入高沸点的有机溶剂之后，可以通过搅拌、震动等方式，将溶液混合均匀。
步骤15：将上述的最终分散液涂覆在基底，然后用聚四氟乙烯层的一个表面覆盖于涂覆液上，静置之后在聚四氟乙烯层另一表面继续涂覆最终分散液，待最终分散液干燥后制得电池隔膜。
其中，该基底可以为聚酰亚胺薄膜基底。比如，用刮刀在聚酰亚胺薄膜基底上涂覆最终分散液，然后用厚度为3μm～20μm(比如)的聚四氟乙烯层的一个表面覆盖于涂覆液上，静置约10min之后，进一步在聚四氟乙烯层的另一表面继续涂覆最终分散液，然后在80～100℃条件下干燥5～60min后，再在120～180℃干燥0.5～3h待最终分散液干燥后制得电池隔膜。并且在该电池隔膜中，聚四氟乙烯层作为增强层，增强层的两个表面分别利用最终分散液制备出隔离层。其中，该聚四氟乙烯层可以为超薄多孔的聚四氟乙烯膜，并且膜的孔隙大小可以为100～1000nm。
为了便于说明本申请所提供的电池隔膜用材料、材料制备方法及电池隔膜的技术效果，下面可以结合具体示例进行说明。
实施例1
在该实施例1中，附着于氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒具体为WO3纳米棒。
1.1、电池隔膜用材料的制备
将氧化石墨烯纳米片(GO)加入到2wt％的二甲基二烯丙基氯化铵水溶液中，两者的质量体积比是1/50；在室温下超声处理30min后在1000r/min下搅拌6h；随后将0.5wt％的钨酸钠水溶液加入到上述分散液中(两者的体积比是1/50)持续搅拌6h；接着将与钨酸钠水溶液等体积的10wt％的盐酸溶液逐滴滴加到上述混合液中，然后在120℃的油浴条件下持续搅拌反应2h；冷却后反复离心、洗涤产物至中性，通过700℃条件热处理使WO3纳米棒原位生长在氧化石墨烯纳米片上，获得电池隔膜用材料(称之为WO3@GO)。
1.2、全氟磺酸溶液的配制
按照1:1的体积比配制去离子水和正丙醇的混合液，然后向该混合液中加入全氟磺酸树脂，其中，所加入的全氟磺酸树脂的质量为混合液质量的1/20。然后将混合液转移到高压反应釜内，并在200摄氏度下反应6小时，反应完成后冷却至室温，所得到的澄清液为全氟磺酸溶液(PFSA)。
1.3、最终分散液的制备及电池隔膜的制作
将电池隔膜用材料加入到全氟磺酸溶液中，然后通过超声震荡进行分散，从而得到本申请实施例所提供的最终分散液1。其中，该最终分散液1中，WO3@GO的质量分数为5wt％。
将上述的最终分散液1均匀涂覆在洁净的聚酰亚胺薄膜基底(PTFE)，然后用厚度约为10微米的聚四氟乙烯薄膜覆盖在上述最终分散液1的涂层上，使该聚四氟乙烯薄膜的下表面附着最终分散液1的涂层；等待10分钟后，进一步在聚四氟乙烯薄膜上表面涂覆该最终分散液1的涂层，其中，该聚四氟乙烯薄膜上、下表面的涂层厚度可以大致相等。然后在100摄氏度下干燥60分钟，再在160摄氏度下干燥2小时从而得到电池隔膜(称之为电池隔膜1)，并将该电池隔膜1从聚酰亚胺基底上剥离。
通过检测，该电池隔膜1的厚度为40微米，并且四氟乙烯薄膜(作为增强层)两侧的涂层(作为隔离层)质地均匀、致密，具有较好的柔韧性和机械性能。
1.4、对该电池隔膜1的性能进行检测，得到如下数据：
将电池隔膜1应用于钒电池，并针对单个钒电池进行性能测试：如图2所示为应用了该电池隔膜1(即图2中的PTFE@PFSA/WO3@GO复合膜)的钒电池与现有的钒电池之间(应用了图2所示的Nafion 212膜)，充放电测试数据的对比示意图。其中，该Nafion 212膜为现有技术中，美国科慕化学的Nafion系列膜。
从图2可以看出，应用了该电池隔膜1的钒电池的库伦效率和能量效率均优于现有的钒电池，并且电压效率大致相同。经过多次循环后，应用了该电池隔膜1的钒电池的库伦效率和能量效率，相对于现有钒电池降低的幅度较小，具有良好的循环稳定性，也说明应用了该电池隔膜1的钒电池的使用寿命相对于现有的钒电池较长。
另外，将多个应用了该电池隔膜1的钒电池组成电池组进行性能测试：该电池组的库伦效率、电压效率和能量效率也优于现有钒电池组成的电池组。并且，该电池隔膜1由于采用价格较低的聚四氟乙烯薄膜作为增强层，因此也能够降低电池的成本。
实施例2
在该实施例2中，附着于氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒具体为WO3纳米棒。并且电池隔膜用材料的制备和全氟磺酸溶液的配制，均与实施例1相同，不同之处在于最终分散液的制备及电池隔膜的制作步骤。
在该实施例2的最终分散液的制备及电池隔膜的制作：
将电池隔膜用材料加入到全氟磺酸溶液中，然后通过超声震荡进行分散，从而得到本申请实施例所提供的最终分散液2。其中，该最终分散液2中，WO3@GO的质量分数为0.5wt％。
将上述的最终分散液2均匀涂覆在洁净的聚酰亚胺薄膜基底(PTFE)，然后用厚度约为10微米的聚四氟乙烯薄膜覆盖在上述最终分散液2的涂层上，使该聚四氟乙烯薄膜的下表面附着最终分散液2的涂层；等待10分钟后，进一步在聚四氟乙烯薄膜上表面涂覆该最终分散液2的涂层，其中，该聚四氟乙烯薄膜上、下表面的涂层厚度可以大致相等。然后在100摄氏度下干燥60分钟，再在160摄氏度下干燥2小时从而得到电池隔膜(称之为电池隔膜2)，并将该电池隔膜2从聚酰亚胺基底上剥离。
通过检测，该电池隔膜2的厚度为33微米，并且四氟乙烯薄膜(作为增强层)两侧的涂层(作为隔离层)质地均匀、致密，具有较好的柔韧性和机械性能。
对该电池隔膜2的性能进行检测，得到如下数据：
将电池隔膜2应用于钒电池，并针对单个钒电池进行性能测试：应用了该电池隔膜2的钒电池的库伦效率和能量效率均优于现有的钒电池(比如应用了Nafion 212膜的钒电池)，并且电压效率大致相同。经过多次循环后，应用了该电池隔膜2的钒电池的电压效率和能量效率也优于现有的钒电池。
但是，应用了电池隔膜2的钒电池的库伦效率和能量效率，相对于应用了电池隔膜1的钒电池较差。
实施例3
在该实施例3中，附着于氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒具体为WO3纳米棒。并且电池隔膜用材料的制备和全氟磺酸溶液的配制，均与实施例1相同，不同之处在于最终分散液的制备及电池隔膜的制作步骤。
在该实施例3材料制备及电池隔膜的制作步骤中：
将电池隔膜用材料加入到全氟磺酸溶液中，然后通过超声震荡进行分散，从而得到本申请实施例所提供的最终分散液3。其中，该最终分散液3中，WO3@GO的质量分数为10wt％。
将上述的最终分散液3均匀涂覆在洁净的聚酰亚胺薄膜基底(PTFE)，然后用厚度约为10微米的聚四氟乙烯薄膜覆盖在上述最终分散液3的涂层上，使该聚四氟乙烯薄膜的下表面附着最终分散液3的涂层；等待10分钟后，进一步在聚四氟乙烯薄膜上表面涂覆该最终分散液3的涂层，其中，该聚四氟乙烯薄膜上、下表面的涂层厚度可以大致相等。然后在100摄氏度下干燥60分钟，再在160摄氏度下干燥2小时从而得到电池隔膜(称之为电池隔膜3)，并将该电池隔膜3从聚酰亚胺基底上剥离。
通过检测，该电池隔膜3的厚度为48微米，并且四氟乙烯薄膜(作为增强层)两侧的涂层(作为隔离层)质地均匀、致密，但是WO3@GO有团聚现象，不适合在钒电池中应用。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种电池隔膜用材料，其特征在于，所述材料应用于钒电池的电池隔膜中，所述材料包括：氧化石墨烯纳米片以及附着于所述氧化石墨烯纳米片表面的亲水性金属氧化物纳米颗粒；所述亲水性金属氧化物纳米颗粒的直径范围为1nm ~ 100nm；所述亲水性金属氧化物纳米颗粒为三氧化钨纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述亲水性金属氧化物纳米颗粒的形态包括：纳米管、纳米棒或纳米球。
3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述亲水性金属氧化物纳米颗粒原位生长于所述氧化石墨烯纳米片表面。
4.一种电池隔膜，其特征在于，包括：增强层以及设置于所述增强层至少一个表面上的隔离层，其中，所述隔离层包括如权利要求1~3任意一项所述的电池隔膜用材料。
5.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述增强层具体为聚四氟乙烯层。
6.一种如权利要求1~3任意一项所述材料的制备方法，其特征在于，包括：
将混合液在第一温度下反应，并获取固态反应产物，其中，所述混合液中含有氧化石墨烯纳米片、阳离子单体以及目标金属的含氧酸根；
通过将所述固态反应产物进行热处理，生成所述材料，其中，所述材料中的亲水性金属氧化物纳米颗粒由所述目标金属的含氧酸根生成。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阳离子单体具体包括：二甲基二烯丙基氯化铵；和/或，
所述目标金属的含氧酸根具体包括：钨酸根。
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