[發(fā)明專利]利用離子模版效應(yīng)制備鋰離子電池隔膜的方法

有效

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• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102354733A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫維林;孫啟杭;孫卓彥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)，特別是利用離子模版效應(yīng)制備鋰離子電池隔膜的方法。

背景技術(shù)

自20世紀90年代初索尼公司開發(fā)成功鋰離子電池以來，鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)壽命長和電壓高等優(yōu)異的電性能而獲得迅速的發(fā)展。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機、便攜式電腦、照相機、攝像機等電子產(chǎn)品領(lǐng)域，而且應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴展之中。鋰離子電池由正負極、電解質(zhì)和隔膜組成。其中，隔膜的一個重要功能是隔離正負極并阻止電池內(nèi)電子穿過，同時能夠允許離子的通過，從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池的放電容量和循環(huán)使用壽命，因此需要對隔膜材料的研究和應(yīng)用給予足夠的重視。

目前，隔膜用微孔膜的制備方法可以分為干法(熔融拉伸，MSCS)和濕法(熱致相分離，TIPS)兩種。兩種方法都包括至少一個取向步驟使薄膜產(chǎn)生孔隙并提高拉伸強度。

上述兩種方法存在的技術(shù)缺陷是：在取向拉伸薄膜過程中，薄膜的孔徑、孔徑分布和孔隙率很難控制均勻，導(dǎo)致電池中電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間傳輸速度不均勻和鋰離子定量傳輸受到嚴重影響，直接影響著電池的放電容量和循環(huán)使用壽命。本發(fā)明能克服上述兩種方法技術(shù)中的不足，能有效的控制薄膜的孔徑在鋰離子直徑范圍、孔徑分布和孔隙率均勻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用離子模版效應(yīng)制備鋰離子電池隔膜的方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種利用離子模版效應(yīng)制備鋰離子電池隔膜的方法，包括以下步驟：

(1)將摩爾比為1∶1∶26～52的聯(lián)苯二胺、芳香族酸酐、N，N-二甲基乙酰胺依次加入反應(yīng)器中，然后在70～90℃條件下反應(yīng)2小時；

(2)向反應(yīng)體系中加入聯(lián)苯二胺相等摩爾數(shù)的碳酸鋰，然后攪拌使混合均勻進行反應(yīng)；

(3)將混合物澆鑄成膜后，在70～90℃條件下除去殘余的N，N-二甲基乙酰胺，然后將膜升溫到150～220℃下脫羧和脫水制成含氧化鋰的聚酰亞胺薄膜；

(4)將聚酰亞胺薄膜用稀鹽酸水溶液反復(fù)萃取以除去氧化鋰，得到具有均勻的鋰離子孔徑的多孔聚酰亞胺薄膜；

(5)烘干薄膜，切割得到鋰離子電池隔膜成品。

本發(fā)明中，所述多孔聚酰亞胺薄膜的厚度為30～100μm。

本發(fā)明中，所述步驟(2)中所述攪拌的時間為2小時。

本發(fā)明中，所述芳香族酸酐是均苯四甲酸酐、聯(lián)苯四甲酸酐、聯(lián)苯四甲酸醚酐或聯(lián)苯四甲酸酮酐。

本發(fā)明的有益效果是：

本專利采用高分子合成的手段，從膜材料、膜制備方法、膜孔徑的生成及膜孔徑的均勻性進行全面創(chuàng)新。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的膜材料制備方法，本發(fā)明的技術(shù)效果是：能使薄膜有效的控制孔徑在鋰離子直徑范圍、孔徑分布和孔隙率均勻，導(dǎo)致電池中電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間傳輸速度均勻和鋰離子定量傳輸，使電池的放電容量穩(wěn)定和循環(huán)使用壽命延長。

具體實施方式

實施例1：

184克聯(lián)苯二胺與218克均苯四甲酸酐，2278克N，N-二甲基乙酰胺在反應(yīng)器中升溫至70℃反應(yīng)5小時，往反應(yīng)器中加入67克碳酸鋰，攪拌2小時；將反應(yīng)產(chǎn)物澆鑄成膜，將膜在80℃除去N，N-二甲基乙酰胺；然后將膜升溫到150℃脫羧和脫水制成含氧化鋰的聚酰亞胺薄膜，膜的厚度為30μm。將膜用稀鹽酸水溶液反復(fù)萃取，除去氧化鋰，烘干薄膜，切割成成品。

實施例2：

184克聯(lián)苯二胺與294克聯(lián)苯四甲酸酐，4302克N，N-二甲基乙酰胺在反應(yīng)器中升溫至80℃反應(yīng)5小時，往反應(yīng)器中加入67克碳酸鋰，攪拌2小時；將反應(yīng)產(chǎn)物澆鑄成膜，將膜在70℃除去N，N-二甲基乙酰胺；然后將膜升溫到170℃脫羧和脫水制成含氧化鋰的聚酰亞胺薄膜，膜的厚度為50μm。將膜用稀鹽酸水溶液反復(fù)萃取，除去氧化鋰，烘干薄膜，切割成成品。

實例3：

184克聯(lián)苯二胺與310克聯(lián)苯四甲酸醚酐，4446克N，N-二甲基乙酰胺在反應(yīng)器升中溫至90℃反應(yīng)5小時，往反應(yīng)器中加入67克碳酸鋰，攪拌2小時；將反應(yīng)產(chǎn)物澆鑄成膜，將膜在90℃除去N，N-二甲基乙酰胺；然后將膜升溫到190℃脫羧和脫水制成含氧化鋰的聚酰亞胺薄膜，膜的厚度為85μm。將膜用稀鹽酸水溶液反復(fù)萃取，除去氧化鋰，烘干薄膜，切割成成品。

實例4：