[发明专利]电化学电源隔膜及其制备方法、电化学电池或电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别是涉及一种电化学电源隔膜及其制备方法。本发明还涉及一种电化学电池或电容器。

背景技术

随着人类生产力的发展，越来越多的汽车行驶在城市、乡村的大街小巷中。汽车的普及给人们的生活带来了极大的便利。然而，伴随而来的问题也越来越严重。石油等不可再生能源的消耗不断加速，汽车尾气的排放给环境造成的影响也不断扩大。目前，人们为了解决这些问题提出发展电动汽车，以期取代传统汽车。而其中的关键在于是否有能量密度、功率密度足够大，循环寿命足够长、安全可靠的动力电池取代内燃机。而决定动力电池安全性的关键在于其中的隔膜，其主要的功能是隔绝正负极以防止电池自我放电及两极短路等问题。

目前锂离子电池普遍采用的隔膜为多孔聚烯烃隔膜。但是这种隔膜不仅对电解质的润湿性能差，而且耐热温度偏低。无纺布隔膜由于其优异的耐热性和良好的机械强度得到广泛应用，但其具有气孔过大以及分布不均匀的缺点。为提高锂离子电池和超级电容器的循环性能和安全性能，有必要寻求一种综合性能良好的电化学电源隔膜。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种电化学电源隔膜及其制备方法，该方法以无纺布隔膜作为基体，在基体表面包覆高熔点的二氧化硅，所得电化学电源隔膜孔径适合、耐热性能好，安全性高，从而可有效提高电化学电池或电容器的安全性。本发明还相应提供了一种电化学电池或电容器。

第一方面，本发明提供了一种电化学电源隔膜的制备方法，包括以下步骤：

将正硅酸乙酯溶于有机溶剂中形成质量浓度为10%~50%的正硅酸乙酯溶液；

将无纺布隔膜浸入所述正硅酸乙酯溶液中0.5~3小时，取出，干燥，得表面附着有正硅酸乙酯的无纺布隔膜；

将所述附着有正硅酸乙酯的无纺布隔膜浸入质量浓度为1%~10%的氨水中，4~12小时后取出，干燥，即得电化学电源隔膜，所述电化学电源隔膜为表面包覆有二氧化硅的无纺布隔膜。

所述正硅酸乙酯的纯度优选为99%及以上，最好是99.9%以上。

优选地，所述有机溶剂为乙醇、乙醚或二者组合。

优选地，正硅酸乙酯溶液的质量浓度为30%~50%。

将无纺布隔膜浸入所述正硅酸乙酯溶液中0.5~3小时，取出，干燥，得表面附着有正硅酸乙酯的无纺布隔膜。

优选地，所述无纺布隔膜为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）无纺布隔膜或PAN（聚丙烯腈）无纺布隔膜。

优选地，所述无纺布隔膜的厚度为10μm~50μm。更优选地，所述无纺布隔膜的厚度为10μm~30μm。

优选地，无纺布隔膜浸入正硅酸乙酯溶液中的时间为1~3小时。

优选地，所述干燥为真空干燥，干燥温度为50℃~90℃。更优选地，所述干燥温度为60℃~80℃。

优选地，干燥时间为12~24小时。

将所述附着有正硅酸乙酯的无纺布隔膜浸入质量浓度为1%~10%的氨水中，4~12小时后取出，干燥，即得包覆有二氧化硅的无纺布电化学电源隔膜。

优选地，氨水的质量浓度为1%~5％。

优选地，无纺布隔膜浸入氨水中的时间为6~12小时。

正硅酸乙酯在氨水中，即在碱催化条件下将发生水解，生成二氧化硅附着在无纺布的表面。反应机理：5Si(OC₂H₅）₄+12H₂O→5SiO₂+12C₂H₅OH，正硅酸乙酯在纯水中水解缓慢，在碱的存在下能加速水解作用。

待正硅酸乙酯水解完全，干燥后，便得到包覆有二氧化硅的无纺布电化学电源隔膜。本发明用二氧化硅包覆无纺布隔膜后，克服了无纺布隔膜的气孔过大以及分布不均匀的缺点，将气孔孔径降到了1微米以下，从而适合于锂离子电池和超级电容器。同时用二氧化硅包覆后又使所得无纺布电化学电源隔膜具有比聚烯烃隔膜更高的破膜温度。此外，相对聚烯烃隔膜，本发明提供的无纺布电化学电源隔膜对电解质具有更好的润湿性和保持性能，能够更好的满足封装和循环性能的要求。

优选地，所述干燥为真空干燥，干燥温度为50℃~100℃。更优选地，所述干燥温度为60℃~80℃。

优选地，干燥时间为12~24小时。

第二方面，本发明提供了一种由上述制备方法制备得到的电化学电源隔膜。该电化学电源隔膜的孔隙率为40%~45%，平均孔径为0.3μm~0.6μm。