[发明专利]一种高性能锂离子电池聚合物复合隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能锂离子电池聚合物复合隔膜的制备方法。

背景技术

隔膜是二次锂离子电池的重要组成部分，它置于正负极之间，起到使两电极尽量靠近又可避免正负极活性物质接触短路的作用。隔膜性能优劣影响着电池的内阻、充放电电流密度、循环性能、安全性能等。由于聚乙烯、聚丙烯微孔膜具有较高的孔隙率、较低的电阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱能力、良好的弹性及对非质子溶剂的保持性能，故锂离子电池研究开发初期便采用它作为其隔膜材料。至今，商品化锂离子电池的隔膜材料主要仍采用聚乙烯、聚丙烯的单层微孔膜或多层复合微孔膜。但是，由于聚乙烯、聚丙烯材料本身的结晶度高且极性小，所以由聚乙烯、聚丙烯制成的隔膜存在着对电解质亲和性差，不利于电解液的溶胀，仅靠微孔内部包埋的电解质导电。而且聚丙烯属难粘材料，不利于正、负极间的粘合，隔膜与电极间界面结合不紧密，从而影响电池的能量密度和安全性能。并且聚烯烃微孔膜耐高温性能普遍较差，难以保证电池的安全。

为了解决聚烯烃隔膜存在的问题，提升锂离子电池的综合性能，对聚乙烯、聚丙烯微孔膜表面接枝亲水性单体的改进隔膜或对无纺布、聚乙烯或聚丙烯微孔膜基体进行浸涂聚合物涂层的复合隔膜应运而生。

尽管这些制成或改进的隔膜性能良好，一定程度上提高了隔膜的安全性和机械加工性能，但避免不了隔膜的孔隙被改性物或处理物占据而导致隔膜内阻偏大、导电率低，制成的电池不能大功率放电、荷电保持能力较差。

发明内容

本发明的目的在于解决上述传统复合隔膜存在的问题，提供一种既可提高隔膜的安全性和机械加工性，又不影响其孔隙率且适合大电流放电的锂离子电池聚合物隔膜制备方法。为此，本发明采用以下技术方案：它以聚乙烯或聚丙烯微孔隔膜为基体，经过前处理，使其中的微孔被填充物质暂时占据，然后在隔膜处理液中浸涂，使微孔隔膜表面形成聚合物复合涂层，之后浸渍在隔膜后处理液中，使微孔中的填充物质溶解或挥发，同时萃取表面形成有复合涂层的微孔隔膜中的增塑剂，烘干后制得锂离子电池聚合物复合隔膜。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

所述聚合物复合涂层是间歇或连续方式浸涂于含粘结聚合物、电绝缘纳米氧化物、增塑剂和溶剂的隔膜处理液中形成的。

对所述表面形成有复合涂层的微孔隔膜采用一步或多步浸入隔膜后处理液中，萃取其中的增塑剂，并使微孔中的填充物质溶解或挥发。

所述填充物质是液相分散的固态纳米物质。

所述填充物质可以是非极性或弱极性的气态物质、液态物质。

所述粘结聚合物选自聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯腈（PAN）、聚芳酯（PAR）、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯（PEO）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）中的一种或几种。

所述电绝缘纳米氧化物选自硅、镁、锆、铝、钛、铈氧化物中的一种或几种。优选的纳米氧化物粒径分布范围为20～200nm。

所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯(DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、环丁砜（SFL）、丙三醇、碳酸丙烯酯（PC）中的一种或几种。

所述溶剂选自乙酸乙酯、四氢呋喃、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

所述隔膜后处理液选自甲醇、乙醇、苯、乙醚中的一种或几种。

所述的液相分散的固态纳米物质选自为纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米氢氧化镁、纳米氧化镁中的一种或几种，粒径分布范围为20～200nm。

所述的非极性或弱极性的气态物质选自SO₂、CO₂、乙烯、乙炔中的一种或几种。

所述的液态物质为不溶解粘结聚合物的液态物质，所述液态物质选自甲醇、乙醇、异丙醇、苯、乙二醇、蒸馏水中的一种或几种。

所述聚乙烯或聚丙烯微孔隔膜的厚度为10-25微米，所制得的聚合物复合隔膜的表面涂层厚2-10μm，孔隙率为45-80%，吸液率为160-300%，熔断温度不低于160℃。

由于采用本发明的技术方案，本发明能制得具有高熔断温度、高孔隙率、高电导率的锂离子电池聚合物复合隔膜。在电解液存在环境下，此隔膜与正负极片紧密地粘合在一起，电池具有优良的电性能和安全性能。

附图说明

图1为本发明所提供的聚合物复合隔膜的制备工艺流程图。

具体实施方式