[发明专利]一种基于聚丙烯重离子径迹膜的锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于聚丙烯重离子径迹膜的锂离子电池隔膜及其制备方法。所述聚丙烯重离子径迹膜上的孔道为定向排列的直通孔道，孔道的孔径为50～150nm。本发明聚丙烯重离子径迹膜的制备方法包括如下步骤：S1、采用重离子垂直辐照聚丙烯薄膜，得到辐照后的聚丙烯重离子径迹膜；S2、将辐照后的聚丙烯重离子径迹膜进行化学刻蚀即得；化学刻蚀采用的刻蚀液中添加表面活性剂。本发明实现了对PP重离子径迹膜的化学蚀刻，蚀刻后的薄膜具有直通的孔道，不存在盲孔，不存在曲折孔，从而保证该膜具有较低的内阻，从而拥有较高的离子电导率；另外经过化学蚀刻后的PP薄膜拥有较好的亲液性，能够促进锂离子在孔道里的快速输运，从而增强锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种基于聚丙烯重离子径迹膜的锂离子电池隔膜及其制备方法，属于锂离子电池及聚合物薄膜技术领域。

背景技术

自从1991年索尼公司发布第一款商用锂离子电池以来，锂离子电池成为各种电化学储能装置的关键研究对象之一，并已广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车和智能电网等储能领域。锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜以及电解液等部件构成，其中隔膜作为电池结构中的关键部件，其主要作用是作为隔离电池正负极的物理屏障，同时又是锂离子传输的通道，对电池的容量、安全性能、循环性能等有着重要影响。

目前商业化应用的隔膜为聚烯烃类隔膜，特别是聚丙烯(PP)隔膜和聚乙烯烯(PE)隔膜，由于这类隔膜的力学性能优异、电化学稳定性高、价格便宜，从而得到了广泛的应用。但这类隔膜的缺点也非常明显，首先是由于PP或者PE材质的结晶度高而极性小，而电解液一般为极性较高的有机溶剂，从而使得隔膜在电解液中的亲和力较低；其次是由于受限于聚烯烃隔膜的干法(熔融拉伸法)或者湿法(热致相分离)拉伸工艺本身，很难生产出孔径均一的隔膜，且孔径偏大(孔径介于100nm～200nm)，而孔径尺寸及其均一性对锂离子电池的安全性能和电化学性能有着重要影响。

重离子径迹膜是一类广泛应用于离子分离、海水淡化、污水处理、气体分离等领域的薄膜，其制备工艺简单，主要是利用重离子辐照技术对聚合物膜进行辐照，然后经过化学蚀刻过程，获得具有一定孔密度的重离子径迹膜。这种隔膜的孔径均一、孔径连续可调，且经过化学蚀刻薄膜表面分布着丰富的负电基团，因此可以作为锂离子电池隔膜的优选材料之一。因此，有必要提供一种基于重离子径迹膜的锂离子电池隔膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PP重离子径迹膜的锂离子电池隔膜，解决了现有聚烯烃类隔膜在电解液中的亲和力较低，且孔径均一性差，孔径偏大的缺点。

本发明所提供的基于PP重离子径迹膜的锂离子电池隔膜的特点是：

所述锂离子电池隔膜上的孔道为定向排列的直通孔道；

所述孔道的孔径为50～150nm，如60±5nm、80±5nm或100±20nm；

所述锂离子电池隔膜的厚度为10～30μm，如12～25μm；

所述锂离子电池隔膜上所述孔道的孔密度为1×10⁹～5×10¹⁰/cm²。

本发明采用表面活性剂辅助的化学蚀刻方法，通过在铬酸溶液中加入表面活性剂，对重离子辐照后的PP薄膜进行化学蚀刻，从而获得孔径均一、孔径较小的直通孔道。

具体地，本发明提供的所述锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、采用重离子垂直辐照PP薄膜，得到辐照后的PP重离子径迹膜；

S2、将所述辐照后的PP重离子径迹膜进行化学刻蚀，即得到所述锂离子电池隔膜；

所述化学刻蚀采用的刻蚀液中添加表面活性剂。

上述的制备方法中，步骤S1中，所述重离子可为氙离子(Xe)、铋离子(Bi)或钽离子(Ta)；