[发明专利]一种超疏水/超亲电解液锂电池隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种制备超疏水/超亲电解液锂电池隔膜的方法，是将纳米粒子与有机硅烷超声分散在醇‑水混合体系中，加入酸或碱作为催化剂使纳米粒子与有机硅烷进行水解缩合反应，得到有机硅烷聚合物/纳米粒子复合悬浮液；离心收集沉淀，干燥，得超疏水纳米粒子；再将超疏水纳米粒子与导电碳材料混合研磨后与粘结剂一起加入到分散剂中，搅拌、超声得到均匀浆料；最后将浆料喷涂在锂电池基底隔膜表面，干燥后经热固化得到超疏水/超亲电解液锂电池隔膜。本发明首次将仿生超浸润表明引入到锂电池隔膜的设计中，制备的超疏水/超亲电解液锂电池隔膜具有优异的电解液润湿性、高吸液率和保留率和极低的回潮率，显著提升了锂电池的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种锂电池隔膜的制备方法，尤其涉及一种高性能超疏水/超亲电解液锂电池隔膜的制备，属于锂电池应用技术领域。

背景技术

电池隔膜作为锂电池关键的内层组件之一，其主要功能是：（1）隔离正、负极，防止正、负极直接接触产生短路，引起电池的燃烧甚至爆炸，威胁人们的生命财产安全；（2）隔膜为锂离子提供自由通道，形成导电回路。因此，隔膜对锂电池的容量、循环稳定性、倍率性能和安全性具有重要作用。目前，聚烯烃隔膜（包括PP、PE及PP/PE/PP三层复合膜等）具有强度高、良好的耐酸碱性、电化学性能稳定等优点，在锂电池市场中占主导地位。但随着电动汽车、消费电子产品等市场的蓬勃发展，传统的聚烯烃隔膜由于较差的电解液润湿性和热稳定性，已经不能满足锂电池的飞速发展。因此，高性能锂电池隔膜的研发是下一代高能量密度锂电池发展和应用的瓶颈之一。

近年来，基于聚烯烃隔膜的诸多优点，科学界和工业界采用化学或物理改性等方法改性聚烯烃隔膜，从而提高隔膜的耐热性和润湿性并取得了一些进展。比如，以耐高温的陶瓷纳米粉体如氧化铝（CN106299204A、CN202888277U、CN105347778A、CN104269509A、CN205335329U）、二氧化硅（CN106340604A）、氢氧化镁（CN106654124A）及水合氧化铝（CN106531941A、CN106531941）等为作为涂层材料，改善隔膜的润湿性和热稳定性。上述专利技术在改善隔膜润湿性和热稳定性方面取得了一定的成效。然而，上述专利技术报道的改性隔膜对有机电解液润湿性改进的同时，均变得非常亲水，甚至超亲水。因此，亲水性或超亲水性使得隔膜在储存和使用过程中，不可避免地会发生吸水或吸潮，尤其在高湿度的沿海地区。研究表明，隔膜中的痕量水分会对锂电池性能造成严重影响。例如，隔膜中的痕量水分会与锂金属发生放热反应，不仅造成锂金属负极和电解液的消耗，而且会诱发锂枝晶的生长，从而造成电池性能显著下降和潜在的安全隐患（Adv Mater 2018, 30,1706375）。此外，由于隔膜的易吸水性，使得产能浪费严重。

仿生超浸润表面由于具有独特的表面润湿性能已在表面防污、自清洁和油水分离等领域得到广泛的应用。超疏水表面（水的接触角大于150°）的表面能通常低于水的表面张力（72.8 mN m⁻¹），但大于大部分油的表面张力（< 30 mN m⁻¹），因此，超疏水表面通常是亲油甚至超亲油的。常用有机电解质的表面张力与为大部分油的表面张力相当，例如，碳酰基电解液的表面张力为26.56 mN m⁻¹，醚基电解液的表面张力为31.35 mN m⁻¹。因此，制备超疏水/超亲电解液锂电池隔膜在理论上上可能的。尽管一些亲电解液隔膜已经报道，但是超亲电解隔膜尚未见报道，本技术发明首次报道了一种超疏水/超亲电解液锂电池隔膜的制备方法。隔膜的超亲电解液性能可以显著提高锂离子电导率、电解液吸液率和保留率，从而改善锂电池性能，特别有利于提高高倍率下的电池性能；隔膜的超疏水性不仅能够有效缓解由隔膜中吸附水引起的副反应和安全隐患，而且能够有效地提高电池组装效率。调研发现，在超疏水/超亲电解液锂电池隔膜方面的专利技术仍然是一个空白。因此，采用一种成本低廉、工艺简单且可规模化的方法制备超疏水/超亲电解液锂电池隔膜，对推动高能量密度锂电池产业的快速发展具有重要意义，是本领域中迫切需求的关键技术之一。

发明内容