[发明专利]一种复合隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、高输出电压、长循环寿命、环境友好等优势，已经成为当代最重要的化学电源之一。目前，除了在移动通讯、数码产品等领域有着广泛应用，锂离子电池正逐渐成为储能和电动汽车领域的重要电源系统。

在锂离子电池中，隔膜主要起到隔绝正负极材料，传导锂离子的作用，其性能的优劣直接决定着锂离子电池的循环性能和安全性能。因为锂离子电池，尤其是动力锂离子电池在大倍率充放电的过程中会释放出大量的热量，导致电池升温。在这种条件下，如果隔膜的熔点较低或软化温度很低，在高温下隔膜会出现明显的收缩，进而导致正负极接触而短路，甚至爆炸。目前，市场上主要使用的隔膜为聚烯烃类隔膜，该类隔膜的熔点温度范围仅为130～165℃难以保证大功率锂电池的运行安全。因此，研发具有优异耐热性能的新型隔膜已经成为锂离子电池，尤其是动力锂离子电池发展的应用的当务之急。

制备陶瓷隔膜是解决上述问题的一个重要方法。该方法主要是通过在聚烯烃隔膜的至少一个面涂布一层均匀的陶瓷粉体形成的安全性功能隔膜，利用陶瓷材料优异的耐热性来降低隔膜的热收缩，进而保证电池的安全。然而该类隔膜中的陶瓷层易于脱落、强度低，从而影响隔膜的长期稳定性，并且锂离子在陶瓷层的传导能力较低，不利于锂离子电池大倍率充放电条件下容量的发挥。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种复合隔膜及其制备方法，本发明所提供的复合隔膜具有较好的稳定性，制备的锂离子电池大倍率充放电条件下容量大。

本发明提供了一种复合隔膜，以具有多孔结构的快离子导体为三维多孔骨架，由聚合物填充后形成。

优选的，所述快离子导体三维多孔骨架的孔隙率为0.1％～90％。

优选的，所述快离子导体选自锗酸锌锂型锂快离子导体、NASICON型锂快离子导体、Li₃N及其衍生物、氧化物玻璃电解质、硫化物玻璃电解质、Li₃LnX₆型固体电解质、Li₄SiO₄型固体电解质或LiPON型固体电解质。

优选的，所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈或聚环氧乙烷及其衍生物。

本发明还提供了一种上述复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将快离子导体进行逐层堆积，并采用胶黏剂粘结，得到快离子导体三维多孔骨架；

B)将所述快离子导体三维多孔骨架浸入聚合物溶液中，得到吸附有聚合物的三维多孔骨架；将所述吸附有聚合物的三维多孔骨架去除溶剂后得到复合隔膜。

优选的，所述快离子导体与胶黏剂的质量比为1:0.01～1:0.2。

本发明还提供了一种复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将快离子导体、聚合物和有机溶液混合，得到静电纺丝液；所述静电纺丝液经过静电纺丝得到复合纤维，将所述复合纤维经过堆积、除去溶剂，得到快离子导体三维多孔骨架；

B)将所述快离子导体三维多孔骨架浸入聚合物溶液中，得到吸附有聚合物的三维多孔骨架；将所述吸附有聚合物的三维多孔骨架去除溶剂后得到复合隔膜。

本发明还提供了一种上述复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将快离子导体、模板剂和有机溶剂混合，得到混合溶液；将所述混合溶液涂布、烧结去除模板剂，得到快离子导体三维多孔骨架；

B)将所述快离子导体三维多孔骨架浸入聚合物溶液中，得到吸附有聚合物的三维多孔骨架；将所述吸附有聚合物的三维多孔骨架去除溶剂后得到复合隔膜。

优选的，所述模板剂选自硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠，脂肪酸甘油酯，聚乙烯-聚环氧乙烯共聚物或聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯共聚物。

优选的，所述快离子导体与模板剂的质量比为1:0.1～1:1。

与现有技术相比，本发明提供了一种复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜以具有多孔结构的快离子导体为三维多孔骨架，由聚合物填充后形成。本发明所提供的复合隔膜中快离子导体与聚合物之间具有较高的结合力，进而提高隔膜的稳定性和使用寿命。该类隔膜中包括快离子导体材料，可有效提高隔膜的离子传导能力，进而提高电池在大倍率情况下的容量。