[发明专利]一种电压敏感型聚合物隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电压敏感型聚合物隔膜及其制备方法，属于锂电池隔膜领域。该聚合物隔膜包括基膜和聚合物单体，基膜采用高孔隙率的聚烯烃微孔膜、无纺布或纤维素隔膜等商业化隔膜，聚合物单体通过浸渍的方法浸入到基膜的孔隙中。装有该隔膜的锂电池在首次充电中，设置3.6～4.0V的恒压充电步骤，从而保证隔膜中浸入的聚合物单体在基膜孔隙中发生原位电聚合，生成具有可逆脱掺杂功能的导电聚合物。首次充电后，聚合物隔膜即转化为基膜/导电聚合物复合隔膜。电池一旦过充，内部生成的导电聚合物逐步转变为电子导体，形成电池内部微短路。本发明简化聚合物隔膜的制备工艺，拓宽导电聚合物的应用选择范围，制备工艺简单易行，成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种电压敏感型聚合物隔膜及其制备方法，属于锂电池隔膜领域。

背景技术

锂离子电池在新能源领域的地位越来越重要，人们对于高能量密度和功率的电池需求越来越迫切，安全性问题已经成为阻碍大容量、高功率锂离子动力电池商业化应用的主要技术瓶颈之一。研究表明，过充是导致锂离子电池发生不安全行为的最危险因素。当电池处于过充状态时，正极脱锂电势随过充程度增加而迅速上升，超过一定限度后，引起电池内部有机电解质溶液的不可逆氧化分解，产生可燃性气体并放出大量的热，导致电池内部温度及压力上升，并引发一系列放热反应，从而导致电池内部热失控。

传统防过充方法主要是在电池壳外部进行工艺结构的改善，如：安装电流中断装置、防爆安全阀和在电池的安全帽内安装PTC聚合物开关等，但上述方式并没有彻底解决造成电池过充的根本问题。近年来人们开始致力于发展电池内部自激发保护机制，如通过在电解液中加入氧化还原电对或者可电聚合单体添加剂以阻止电池过充。中国专利公开公告号CN102655241A，公开一种含叔丁基苯、叔戊基苯添加剂的防过充电解液。当电池处于过充电状态时，该添加剂在电池内部发生电聚合反应。聚合产生的热量使隔膜提前闭合，进而增大电池内阻，使电池电压迅速上升，避开电解液的氧化，起到防过充的目的。但受限于添加剂的稳定性和溶解度等问题，相关工作研究缓慢。因此，研究和开发安全、经济、高性能的锂电防过充自激发保护机制及其隔膜具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有锂电防过充自激发保护机制的不足，本发明旨在提供一种具有过充保护功能的电压敏感型聚合物隔膜及其制备方法，该隔膜制备方法简化聚合物隔膜的制备工艺，拓宽导电聚合物的应用选择范围，工艺简单易行，成本低廉。

本发明的技术方案是：

一种电压敏感型聚合物隔膜，包括基膜和聚合物单体，基膜采用高孔隙率的商业化隔膜：聚烯烃微孔膜、无纺布或纤维素隔膜，聚合物单体通过浸渍的方法浸入到基膜的孔隙中。

所述的电压敏感型聚合物隔膜，基膜采用PE微孔膜、PP微孔膜、PP/PE微孔膜、PP/PE/PP微孔膜、PET无纺布、PVDF无纺布、纤维素隔膜中的一种。

所述的电压敏感型聚合物隔膜，基膜的孔隙率为40～90％，厚度为8～60μm。

所述的电压敏感型聚合物隔膜，聚合物单体为三苯胺、三丁基噻吩、三己基噻吩、三癸基噻吩中的一种或两种以上材料混合物。

所述的电压敏感型聚合物隔膜，聚合物单体在首次充电过程中，在3.6～4.0V的恒压充电步骤后发生原位电聚合，生成具有可逆脱掺杂功能的导电聚合物。

所述的电压敏感型聚合物隔膜的制备方法，在超声环境下，将基膜浸渍于聚合物单体溶液中，浸渍时间为1～5min；浸渍后，将基膜取出，置于两片盖玻片中间按压后，于室温下自然晾干。

所述的电压敏感型聚合物隔膜的制备方法，聚合物单体溶解于溶剂中，配置成0.5～5wt.％的聚合物单体溶液，其后进行基膜的浸渍处理；溶剂为三氯甲烷、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上材料混合物。