[发明专利]改性聚偏氟乙烯及其制备方法、隔膜及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种改性聚偏氟乙烯及其制备方法、隔膜及锂离子电池。该改性聚偏氟乙烯具有式(I)所示结构。将特定种类的基团引入聚偏氟乙烯中，能够得到上述改性聚偏氟乙烯。由于上述特定基团具有强极性或强电负性强，将其应用在锂离子电池中时，基团中的N^2‑能够吸引溶出的过渡金属离子，抑制过渡金属离子穿过隔膜而沉积在负极，从而提高锂离子电池的电化学性能和使用寿命。相比于其它范围，将结构单元中a、b和c的取值限定在本申请优选范围内能够提高改性聚偏氟乙烯的抗溶胀性能，增加离子传输通道；同时，与传统的聚偏氟乙烯相比，上述基团的引入能够有效抑制传输阻抗的增加，从而提高锂离子电池的电化学性能、循环性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体而言，涉及一种改性聚偏氟乙烯及其制备方法、隔膜及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、倍率性能好以及循环寿命长等优点，因此被广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等领域。锂离子电池的正极材料(如LiCoO₂、LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂三元材料等)中均含有过渡金属，这导致在电池的使用过程中，特别是在高温高电压下，过渡金属容易从正极材料中溶出，而且溶解到电解液中的过渡金属离子会迁移到负极表面，并在充电的过程中还原成金属单质。在过渡金属单质的催化作用下，负极表面的固态电解质界面膜(SEI)的分解会加速，进而加剧电池性能的衰减。此外，过渡金属单质在负极表面会沉积形成枝晶，严重情况下会刺穿隔膜，造成电池的内短路，从而引发安全问题。因此，改善过渡金属溶出的问题非常重要。

目前抑制过渡金属溶出的方法有两种，一种是对正极材料进行表面包覆，但包覆形成的包覆层容易受到电解液的腐蚀而失效；另一种是对正极材料进行梯度设计，但工艺过程复杂而且成本较高。而且，目前针对镍钴锰三元正极材料等含有过渡金属的材料在高电压及高温下溶出对电池性能带来的影响问题，没有很好的改善方式。同时，为了改善卷绕或叠片的极片和隔膜的界面，常常采用涂胶隔膜作为隔膜，而且涂胶隔膜所用的胶粘剂大多数为聚偏氟乙烯。聚偏氟乙烯(PVDF)为结晶性聚合物，PVDF的结晶性使存在电解液中的分子很难流通，导致锂离子电池的充放电负荷增大。

因此，开发并研究一种能够捕获过渡金属离子，进而抑制过渡金属溶出的隔膜，对于锂离子电池电化学性能的提升具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性聚偏氟乙烯及其制备方法、隔膜及锂离子电池，以解决现有技术中聚偏氟乙烯的自发结晶性强，由其导致的含聚偏氟乙烯涂层的隔膜的阻抗较大、锂离子电池性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种改性聚偏氟乙烯，该改性聚偏氟乙烯具有式(I)所示结构：