[發明專利]鋰離子電池用復合隔膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201110285380.4
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102324481A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 吳戰宇;顧立貞;朱守圃;董志成;周壽斌;于尊奎;代云飛
• 申請（專利權）人: 江蘇華富儲能新技術發展有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/18
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及鋰離子電池的研究領域，尤其是涉及一種鋰離子電池用PVDF-HFP/PDMS復合隔膜的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其比能量高，循環壽命長，無記憶效應等優點，因而應用十分廣泛，已經成為二次電源的熱點研究領域。鋰離子電池隔膜的主要作用是隔離正、負極并阻止電子穿過，但能使電解質液中的離子在正負極間自由通過。

隨著目前電子設備不斷向輕便化的方向發展，其使用的鋰離子電池需具有高能量密度及高容量的特性。不同于目前常用的第一代鋰離子電池液體電解液，第二代鋰離子電池膠體聚合物電解液具有以下優點：高能量密度、結構穩定、低揮發性。多種聚合物均可作為聚合物電解液的基本骨架，包括據環氧乙烷(PEO)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚偏氟乙烯(PVDF)及聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)等。由于PVDF體系材料具有高介電常數及較強的電子拉伸官能團(–C–F–)，因此其被認為是新一代高性能鋰離子電池的理想隔膜材料。但是，純PVDF材料結晶度較高，束縛電解質穩定性差，因此其離子電導率低，限制了其在隔膜領域的應用。

PVDF類樹脂因具有較大的介電常數(ε?=?8~10)，優良的耐熱性和較好的力學性能，已成為聚合物隔膜的理想基體之一。但PVDF結晶度較高，而HFP與VDF共聚后可降低其結晶度，這樣既能使電解質膜具有優異的力學強度，又能保證共聚物有良好的吸附電解質的能力，并顯示優異的電化學性能。因此，采用PVDF-HFP可以在一定程度上降低結晶度，利于增大吸液率，提高隔膜的性能。

PDMS是最為常用的橡膠膜材料之一，具有低表面張力、高柔韌性、低玻璃化溫度、耐高溫、耐腐蝕、穩定性高、高壓縮性的優點。用PDMS對PVDF-HFP共聚物進行改性，可以改善PVDF-HFP基電解質與金屬鋰電極的界面相容性，電解質隔膜的離子電導率和離子遷移數都有所提高。

與其它制膜方法相比，相轉化法具有以下優勢：第一，可以通過調節簡單的工藝參數，比如改變稀釋劑種類、聚合物分子量、聚合物初始濃度等就能實現對膜孔結構以及聚集態結構的控制；第二，所制備多孔膜的強度較好、孔徑分布比較窄；第三，能夠制備出網狀以及球粒間孔等貫通性良好的孔結構。因此，相轉化法是制備用于鋰離子電池半液態隔膜多孔骨架的一種理想方法。

發明內容

本發明利用相轉化法設計開發用于鋰離子電池的活性多孔復合隔膜，所得的復合膜材料將具有特殊的活性。

本發明隔膜厚度為15～55μm、電解液吸收率為175～185%、室溫電導率為1.3mS/cm、孔隙率為60～75%。

本發明還提出具有以上性能的復合膜材料的制備方法。

包括以下步驟：

1)?混合稀釋：將聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）在室溫條件下混合均勻，并加入稀釋劑，在60℃溫度環境條件下攪拌6小時，可得到性狀均一的混合體系。

2)?體系分散：將分散劑加入所述混合體系中，在室溫條件下攪拌2小時，對共混物料進行進一步分散稀釋，可得到性狀均一的PVDF-HFP和PDMS共混物。

3)?相轉化成膜：將所述共混物均勻涂布于玻璃平板上，所述涂布厚度為80～100μm，室溫靜置10～15秒后，用萃取劑清洗三次后，在室溫條件下用萃取劑浸沒玻璃平板48小時后，可去除稀釋劑和分散劑，再經40℃真空干燥48小時得到鋰離子電池用復合隔膜。

本發明利用浸沒沉淀相轉化法設計開發用于鋰離子電池的PVDF-HFP/PDMS活性多孔隔膜材料。制備的PVDF-HFP和PDMS復合隔膜具有低結晶度、高孔隙率、高吸液率的特點。該PVDF-HFP和PDMS復合隔膜是一種具有高離子電導率及高電化學穩定性的活性隔膜，是性能好、安全性高的鋰離子電池首選隔膜。利用PDMS修飾PVDF-HFP聚合物材料，所得的復合隔膜材料將具有特殊的活性，鋰離子電池組裝為模塊后，復合隔膜可以通過吸收鋰鹽液體電解質，使電解液凝膠化，從而提高鋰離子電池的綜合性能。同時，PVDF-HFP和PDMS復合隔膜具有很好的安全性，利于鋰離子電池的擴大應用，推動鋰離子電池行業的不斷提升發展。此外，本發明操作簡單安全，生產成本較低。

在本發明所述步驟1)中，所述聚二甲基硅氧烷與聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的投料質量比為10～20︰100。