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，电池中隔膜材料的性能对电池使用寿命影响较大，比如目前的钒电池中，由于隔膜材料对钒离子的阻隔能力相对较差，导致钒电池的使用寿命较短。

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，进而提高电池的使用寿命。

在该电池隔膜用材料中包括碳化硅纳米线和全氟磺酸，并且碳化硅纳米线和全氟磺酸的质量比为1:5～1:200。比如，在该材料中，碳化硅纳米线和全氟磺酸之间的质量比为1:5、1:7、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:40、1:47、1:50、1:60、1:65、1:70、1:75、1:80、1:88、1:92、1:98、1:100、1:110、1:130、1:170、1:200或介于1:5至1:200之间的其他值。另外，对于碳化硅纳米线和全氟磺酸的质量比，更优选的可以为1:10～1:100，比如为1:10、1:20、1:40、1:80、1:100或介于1:10至1:100之间的其他值。

采用本申请实施例所提供的该材料，该材料中包括碳化硅纳米线和全氟磺酸，并且两者之间的质量比为1:5～1:200。由于碳化硅纳米线自身具有分散性高、亲水性好等优点，同时功能化后的碳化硅纳米线表面含有磺酸基、羟基等活性基团、质子传导性高，能够在分子尺度上对质子传递通道尺寸进行调控，从而在实现质子快速传导的同时，还能够对体积相对较大(相对于质子的体积)的钒离子和其他金属离子的传导进行阻隔，进而提高电池的使用寿命。另外，通过对质子的快速传导以及对钒离子和其他金属离子的阻隔，还大幅提升了隔膜的离子选择性。

需要说明的是，该碳化硅纳米可以采用直径范围为100nm～800nm，并且长径比为20～150的无孔隙或少孔隙碳化硅纳米，从而取得更好的技术效果。

另外，由于碳化硅纳米线能够在分子尺度上对质子传递通道尺寸进行调控，因此为了进一步提高该材料的性能，还可以先对碳化硅纳米线进行功能化，从而在碳化硅纳米线的表面引入磺酸基、羟基等活性基团。

对于该功能化的具体方式，比如可以利用硫酸的醇溶液进行功能化，具体可以是将未功能化的碳化硅纳米线投入至硫酸溶液和醇的混合溶液中，然后进行回流反应，从而对该碳化硅纳米线进行功能化，比如在该碳化硅纳米线的表面引入磺酸基等。其中，该硫酸溶液和醇的混合溶液中，醇可以为甲醇、乙醇或正丙醇等低沸点的醇，硫酸溶液和醇的混合溶液中硫酸的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L，比如为0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L或介于0.5mol/L至1.5mol/L之间的其他浓度。

比如，可以配置1mol/L的硫酸溶液与乙醇混合，然后将未功能化的碳化硅纳米线投入至该硫酸溶液和乙醇混合溶液中，然后进行回流反应，实现对该碳化硅纳米线的功能化。

另外，在将未功能化的碳化硅纳米线投入至硫酸溶液和醇的混合溶液中时，对于所投入的未功能化的碳化硅纳米线的质量，通常可以结合硫酸溶液和醇的混合溶液的体积来确定，比如该质量(单位为g)为硫酸溶液和醇的混合溶液体积(单位为mL)的0.01～0.025倍(单位为g/mL，即克每毫升)，比如可以为0.01倍、0.015倍、0.02倍、0.025倍等。比如，硫酸溶液和醇的混合溶液的体积为500mL，所投入的未功能化的碳化硅纳米线的质量，为硫酸溶液和醇的混合溶液体积的0.02倍，则向该硫酸溶液和醇的混合溶液中投入10g未功能化的碳化硅纳米线。

在回流反应的过程中，反应温度可以根据所选取的溶剂的沸点来确定，并且通常需要高于醇的沸点，比如当为甲醇时，该反应温度可以为100摄氏度～120摄氏度，比如为110摄氏度；当溶剂为乙醇或正丙醇时，考虑到乙醇和正丙醇的沸点高于甲醇，该反应维度可以适当增大，比如为100摄氏度～130摄氏度等。

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一种一种材料的制备方法，通过将碳化硅纳米线分散于全氟磺酸溶液中，能够用于制备出该材料，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S101：将全氟磺酸树脂溶于混合液中，得到全氟磺酸溶液，该混合液通过体积比为1:1的水与丙醇配制。

首先可以利用水和丙醇(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。在配制出混合液后，可以向该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6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S102：将碳化硅纳米线分散于全氟磺酸溶液中，该碳化硅纳米线的质量为全氟磺酸溶液中全氟磺酸质量的0.005～0.2倍。

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碳化硅纳米线，其中，所加入的碳化硅纳米线的质量为全氟磺酸溶液中全氟磺酸质量的0.005～0.2倍(比如为0.005倍、0.05倍、0.1倍、0.15倍、0.2倍等)，全氟磺酸溶液中全氟磺酸的质量可以根据全氟磺酸树脂的质量来计算得到。

在向全氟磺酸溶液中加入碳化硅纳米线之后，可以对悬浊液进行超声震荡或采用其他方式，使碳化硅纳米线分散于全氟磺酸溶液中。比如，将悬浊液先搅拌30分钟，然后在超声震荡3分钟，从而时碳化硅纳米线分散于全氟磺酸溶液中。

需要说明的是，在上述的步骤S101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，再将碳化硅纳米线分散于加入高沸点有机溶剂后的全氟磺酸溶液中。

由于上述的混合液通过水和丙醇配制，而水和丙醇均容易挥发，后续在利用该材料制作电池隔膜时，容易在隔膜内部形成孔隙。因此，该步骤中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。

在通过上述的材料制备方法制备得到本申请实施例所提供的材料之后，可以将该材料应用于电池隔膜，因此本申请实施例还可以提供一种电池隔膜。如图2所示为该电池隔膜的具体结构示意图，该电池隔膜20包括增强层21以及隔离层22，其中，隔离层22设置于增强层21的至少一个表面上，比如可以在增强层21的任意一个表面设置该隔离层22，或在增强层21的两个表面均设置该隔离层22。其中，该隔离层22利用本申请实施例所提供的材料所制备。

需要说明的是，该增强层21的作用在于承载隔离层22，并且该增强层21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21；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21，这里对此不做限定。

另外，对于增强层21和隔离层22的厚度，根据实际需要来设定。比如该增强层21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22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微米厚的增强层21两个表面分别设置17.5微米厚的隔离层22，该电池隔膜20的总厚度为45微米。

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，下面可以结合具体实施例进行说明。

实施例1

1.1、碳化硅纳米线的功能化

将未功能化的碳化硅纳米线投入至浓度为1mol/L的硫酸溶液和甲醇混合溶液中，其中，所投入的碳化硅纳米线的质量为硫酸溶液和甲醇混合溶液体积的0.02倍。然后在110摄氏度、搅拌速度为1000转每分钟的条件下回流反应24小时。回流反应结束后，用去离子水清洗反应产物至pH值为中性，然后将反应产物置于100摄氏度的烘箱中干燥24小时，得到的灰黑色粉末为功能化后的碳化硅纳米线。

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。

1.3、材料制备及电池隔膜的制作

按照碳化硅纳米线与全氟磺酸的质量比为1:20，称取上述的功能化后的碳化硅纳米线和全氟磺酸溶液，并将所称取的功能化后的碳化硅纳米线，加入至所称取的全氟磺酸溶液中，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材料1。

将上述的材料1均匀涂覆在洁净的聚酰亚胺薄膜基底，然后用厚度约为10微米的聚四氟乙烯薄膜覆盖在上述材料1的涂层上，使该聚四氟乙烯薄膜的下表面附着材料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材料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5～60分钟，再在160摄氏度下干燥1～3小时从而得到电池隔膜(称之为电池隔膜1)，使用之前电池隔膜从聚酰亚胺基底上剥离。

通过检测，该电池隔膜1的厚度为45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、无碳化硅纳米线溶出现象，并且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3所示为应用了该电池隔膜1(即图3中的[email protected]/fSiC复合膜)的钒电池与现有的钒电池之间(应用了图3所示的Nafion 212膜)，充放电测试数据的对比示意图。从图3可以看出，应用了该电池隔膜1的钒电池的库伦效率、电压效率和能量效率均优于现有的钒电池，并且经过多次循环后，应用了该电池隔膜1的钒电池的电压效率和能量效率，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，碳化硅纳米线的功能化和全氟磺酸溶液的配制，均与实施例1相同，不同之处在于材料制备及电池隔膜的制作步骤。

在该实施例2材料制备及电池隔膜的制作步骤中：

按照碳化硅纳米线与全氟磺酸的质量比为1:200，称取上述的功能化后的碳化硅纳米线和全氟磺酸溶液，并将所称取的功能化后的碳化硅纳米线，加入至所称取的全氟磺酸溶液中，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材料2；

将上述的材料2均匀涂覆在洁净的聚酰亚胺薄膜基底，然后用厚度约为10微米的聚四氟乙烯薄膜覆盖在上述材料2的涂层上，使该聚四氟乙烯薄膜的下表面附着材料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材料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5～60分钟，再在160摄氏度下干燥1～3小时从而得到电池隔膜(称之为电池隔膜2)，使用之前电池隔膜从聚酰亚胺基底上剥离。

通过检测，该电池隔膜2的厚度为41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、无碳化硅纳米线溶出现象，并且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、电压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、电压效率和能量效率，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，碳化硅纳米线的功能化和全氟磺酸溶液的配制，均与实施例1相同，不同之处在于材料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：

按照碳化硅纳米线与全氟磺酸的质量比为1:10，称取上述的功能化后的碳化硅纳米线和全氟磺酸溶液，并将所称取的功能化后的碳化硅纳米线，加入至所称取的全氟磺酸溶液中，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材料3；

将上述的材料3均匀涂覆在洁净的聚酰亚胺薄膜基底，然后用厚度约为10微米的聚四氟乙烯薄膜覆盖在上述材料3的涂层上，使该聚四氟乙烯薄膜的下表面附着材料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材料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5～60分钟，再在160摄氏度下干燥1～3小时从而得到电池隔膜(称之为电池隔膜3)，使用之前电池隔膜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、无碳化硅纳米线溶出现象，并且具有较好的柔韧性和机械性能。

对该电池隔膜3的性能进行检测，得到如下数据：应用了该电池隔膜3的钒电池的库伦效率、电压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)，并且经过多次循环后，应用了该电池隔膜3的钒电池的电压效率和能量效率也由于现有的钒电池。但是，应用了电池隔膜3的钒电池的库伦效率、电压效率和能量效率，相对于应用了电池隔膜1的钒电池较差。

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。