[发明专利]一种具有互穿网络结构的多孔性锂离子电池隔膜及其应用

说明书

本发明公开了一种具有互穿网络结构的多孔性锂离子电池隔膜及其应用。具体制备方法是：聚偏氟乙烯‑六氟丙烯、（甲基）丙烯酸酯类单体及八乙烯基八硅倍半氧烷交联剂及致孔助剂在合适溶剂中混合均匀，经自由基聚合形成具有互穿网络结构的无孔凝胶聚合物膜,25℃时其离子电导率达到1.0×10^‑3 S/cm，拉伸强度达到7 MPa，且具有优异的尺寸稳定性。在此基础上，凝胶聚合物膜经后处理形成多孔膜。本发表所得到的锂离子电池隔膜能够使离子电导率得到较大的提高，高倍率充放电性能也得到明显的提升，具有良好的应用潜力。

本发明为发明名称为一种具有互穿网络结构的多孔性锂离子电池隔膜及其制备方法与应用、申请日为2016年6月15日、申请号为2016104274071发明申请的分案申请，属于产品以及应用技术部分。

技术领域

本发明属于电池隔膜材料技术领域，具体涉及一种具有互穿网络结构的多孔性锂离子电池隔膜及其应用。

背景技术

锂离子电池是指其中的锂离子（Li⁺）嵌入和脱逸正负极材料的一种可充放电的高性能电池，具有能量密度高、工作电压高、没有记忆效应的特点，广泛应用于手机、笔记本电脑等数码产品及大型储能设备中。锂离子电池隔膜（简称“隔膜”）作为成本仅次于正负极材料的重要组成部分，在电池中起着隔离正负极和作为电解质载体促进离子传导的重要作用。隔膜的结构决定了其性质，对电池的容量、循环性能、安全性等性能都有重要影响。

根据隔膜的组成和结构，可以分为四类：微孔聚烯烃膜、非织造布、聚合物/无机复合物材料和凝胶聚合物电解质膜。目前商品化的微孔聚烯烃膜主要是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）以及PP/PE复合膜。微孔聚烯烃膜的制备方法主要有干法和湿法两种，湿法制膜工艺相对复杂，但是应用范围更广，适合各类聚合物隔膜的制备；干法工艺简单无污染，但是膜的孔径及孔隙率难以控制。主要生产微孔聚烯烃膜的厂家有Celgard、Entek、DSM、Tonen。聚烯烃微孔膜价格低廉、性质稳定，具有均匀的孔洞和很高的机械强度。但是，这类微孔膜的尺寸稳定性差，存在安全隐患；吸液率低，不利于高倍率充放电。

非织造隔膜又称无纺布膜，是通过物理或化学力将聚合物纤维粘结在一起制成的膜，与聚烯烃微孔膜相比拥有独特的三维孔洞结构。但是，采用纺布制备的隔膜，其孔径和孔结构均匀性难以达到使用要求。电纺丝无纺布制备工艺虽可以有效地避免针孔造成的短路现象，进一步提高保液率，但不适合大规模生产。

聚合物/无机复合膜的制备方法是向聚合物中添加无机纳米粒子、铁电材料、黏土等，如氧化铝（Al₂O₃）、二氧化钛（TiO₂）、二氧化硅（SiO₂）、氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO₃）等。Xiaofei Li等将SiO₂纳米粒子添加到聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-THF）中，提高了PVDF-HFP隔膜的吸液率，在0.2 C/0.2 C充放电下，放电比容量高达144 mA·h·g^-1。但是，此类隔膜的主要缺点是力学强度低，在加工和使用过程中容易损坏，致使电池安全性降低。