[发明专利]一种锂离子电池复合凝胶隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池隔膜领域，尤其涉及一种锂离子电池复合凝胶隔膜及其制备方法和应用。本发明提供的锂离子电池复合凝胶隔膜为三层复合结构，中间层为芳纶纳米纤维隔膜，两侧为聚偏氟乙烯‑六氟丙烯凝胶隔膜。本发明提供的复合凝胶隔膜在具有高吸液率、高模量、高强度的特点，同时，具有高温闭孔的优异性能，是一种理想的聚合物凝胶隔膜。本发明提供的复合凝胶隔膜吸液率为320％，拉伸强度为177.6MPa，杨氏模量为4.58GPa，而且，采用本发明提供的凝胶隔膜组装成的半电池展现出优异的电化学性能，在300次循环后，可逆容量依然可以稳定在145.2mAh·g^‑1，容量保持率为92.01％。

技术领域

本发明属于电池隔膜领域，尤其涉及一种锂离子电池复合凝胶隔膜及其制备方法。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池隔膜产品主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、以及聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)复合膜。然而，现有的电池隔膜机械强度较低，当电池处于高充放电速率或电池温度过高时，存在较大的安全问题。液态锂离子电池提高安全性的重点，就是解决电池的热失控问题。热失控是由于电池受到外部机械碰撞，隔膜机械撕裂，过充、枝晶析锂和刺破隔膜等原因造成的。因此，如何提高隔膜的强度并实现实际应用具有重要意义。

目前，常见的改性隔膜技术手段，主要包括以下几种：在隔膜的表面涂覆无机陶瓷层，使其具有更好的耐击穿和绝热特性；直接对隔膜进行热处理，降低横向和纵向的收缩率，提高穿刺强度；在隔膜上附胶带或胶膜作保护膜，提高隔膜的强度；凝胶电解质填充多孔隔膜，有效防止高强度聚烯烃微孔隔膜在高温下因收缩过大造成短路；无机颗粒料填充，降低隔膜高温时的收缩率。

然而，现有的隔膜改性手段很难保证隔膜在具有较高孔隙率、吸液率的同时，也具有较高的机械强度和高温自闭性能。因此，我们急需开发一种高强度的锂离子电池凝胶隔膜来解决现有的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂离子电池复合凝胶隔膜及其制备方法和应用，本发明提供的凝胶隔膜在具有较高吸液率的同时具有高强度以及高温自闭的优异性能，能够有效避免电池因热失控而引发剧烈的燃烧或爆炸，从而提高了电池的安全性能。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种锂离子电池复合凝胶隔膜，包括芳纶纳米纤维隔膜和位于所述芳纶纳米纤维隔膜两侧的聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶隔膜；

所述芳纶纳米纤维隔膜的厚度为2～20μm，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯凝胶隔膜的厚度为0.5～10μm。

本发明还提供了上述制备方案所述锂离子电池复合凝胶隔膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供芳纶纳米纤维铸膜液；

(2)将所述芳纶纳米纤维铸膜液凝胶化，得到芳纶纳米纤维水凝膜；

(3)将所述芳纶纳米纤维水凝膜进行干燥，得到芳纶纳米纤维隔膜；

(4)将聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液静电纺丝到芳纶纳米纤维隔膜两侧，然后进行干燥，得到锂离子电池复合凝胶隔膜。

优选的，所述芳纶纳米纤维铸膜液的质量分数为0.5～5％。

优选的，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液的质量分数为10～20％。

优选的，所述芳纶纳米纤维铸膜液的制备方法，包括以下步骤：将芳纶纤维与强碱混合于分散剂中进行去质子化，得到芳纶纳米纤维铸膜液；

所述强碱包括氢氧化钾；

所述分散剂包括二甲基亚砜；

所述芳纶纤维与强碱的摩尔比为1:1～3。