[发明专利]一种高通量锂离子电池多孔超薄隔膜及其制备方法

说明书

一种高通量锂离子电池多孔超薄隔膜及其制备方法。本发明属于锂离子电池隔膜领域。本发明为解决现有陶瓷改性聚烯烃隔膜电池自重大、隔膜孔隙率低、锂离子传导率低以及现有极性聚偏氟乙烯隔膜厚度较薄时机械性能无法满足使用需求的技术问题。本发明的多孔超薄隔膜由聚四氟乙烯基体膜在高分子有机溶液中浸泡而成，所述高分子有机溶液由高分子材料和有机溶剂混合而成。本发明的制备方法极大提高了隔膜的孔隙率，进而提高了锂离子迁移率并且降低了迁移阻力，实现具有超高锂离子通量转移的电池隔膜，并且该隔膜改善了电池循环和倍率性能，为LiFePO₄正极锂离子电池提供了超过1000次循环的高倍率性能，循环达1000圈的容量保持率仍可以达到90％。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种高通量锂离子电池多孔超薄隔膜及其制备方法。

背景技术

作为锂离子电池的关键部件，隔膜吸收电解液并允许锂离子在电池内的转移，同时将正负极分离以避免短路。在电化学反应中，锂离子通过隔膜吸收电解液的阻力降低了放电平台，就需要更高的电荷平台来驱动离子电流。充放电平台之间的电压差定义为电解液阻抗过电位。对于疏水的聚烯烃隔膜，其孔隙率较低，一般在40％左右，锂离子的扩散动力学缓慢，扩散路径长，形成了较差的锂离子浓度梯度。这种较大的过电位极大地降低了电池电压，严重影响镀锂形貌。此外，因为非活性组分不贡献任何能力，所以锂离子电池需要考虑“自重”问题。

超薄隔膜被提出为下一代锂离子电池隔膜，这是由于电解液阻抗过电位降低以及为活性物质提供了更多的容纳空间。商用的聚烯烃隔膜的厚度可达12μm，但其具有较差的热稳定性和低孔隙率，无法在高电流密度下支持高通量的锂离子转移。在循环过程中，局部积累的热量导致隔膜收缩，并引起放热副反应。大量研究者将Al₂O₃、TiO₂和SiO₂等陶瓷颗粒涂覆或接枝在商业隔膜上，有效地提高了隔板的热稳定性，但高密度陶瓷显著增加了电池内部的自重，而且陶瓷层降低了隔板的孔隙率，导致电解液润湿性较差以及锂离子传导率降低。

极性聚偏氟乙烯(PVDF)因其介电常数大(～8.4)、电化学惰性大、与电解质的相容性好、热稳定性好等特点引起了人们的广泛关注。然而，在厚度低于15μm时，其机械强度明显降低，不能满足电池的应用要求。

发明内容

本发明为解决现有陶瓷改性聚烯烃隔膜电池自重大、隔膜孔隙率低、锂离子传导率低以及现有极性聚偏氟乙烯隔膜厚度较薄时机械性能无法满足使用需求的技术问题，而提供了一种高通量锂离子电池多孔超薄隔膜及其制备方法。

本发明的一种高通量锂离子电池多孔超薄隔膜由聚四氟乙烯基体膜在高分子有机溶液中浸泡而成，所述高分子有机溶液由高分子材料和有机溶剂混合而成。

进一步地，所述聚四氟乙烯基体膜的厚度为2μm～5μm，孔隙率为45％～55％。

进一步地，所述高通量锂离子电池多孔超薄隔膜的厚度为9μm～13μm。

进一步限定，所述高分子材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮中的一种或几种按任意比的混合物。

进一步限定，所述有机溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮中的一种或几种按任意比的混合物。

进一步限定，所述高分子有机溶液中高分子材料与有机溶剂的质量比为1：(11～63)。

本发明的一种高通量锂离子电池多孔超薄隔膜的制备方法按以下步骤进行：

步骤1：将高分子材料分散在有机溶剂中，在50～80℃下磁力搅拌1h～3h，得到高分子有机浓溶液；

步骤2：将步骤1得到的高分子有机浓溶液与有机溶剂混合，在常温下磁力搅拌3h～5h，得到高分子有机溶液；