[發(fā)明專利]一種鋰離子二次電池的聚合物隔膜的電暈處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310135842.3
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103236510A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)效波;宋維鑫;方來兵;陳啟元;李敘
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);湖南友能高新技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M10/058
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 袁靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池的聚合物隔膜的電暈處理方法，具體涉及高頻高壓電暈處理聚合物分子隔膜改善其結(jié)構(gòu)以提高電池性能的工藝方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前在鋰離子二次電池與超級電容器等儲能電源中，聚合物隔膜因?yàn)槟軌蝻@著提高儲能電源的循環(huán)壽命和能量密度，具有良好可加工性能而得到了廣泛應(yīng)用。儲能電源應(yīng)用聚合物分子隔膜，不僅能夠改善電源的漏液，燃燒和爆炸等問題，而且能夠使顯著提高其高能量，大電流充放電性能，可廣泛應(yīng)用到將來的新能源汽車，電網(wǎng)調(diào)峰與電子通訊設(shè)備中。

電池隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑，隔膜所采用基體材料對隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。基體材料為聚丙烯或聚乙烯的隔膜，由于聚合物分子結(jié)晶度高且極性小，不利于電解質(zhì)溶液的浸潤，從而只能僅靠隔膜微孔中包埋的電解質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)電。同時(shí)，對于聚丙烯材料，屬于難粘材料，而不利于正、負(fù)極間的粘接，隔膜與電極間界面結(jié)合不緊密，將會大大影響電池的能量密度和安全性。

電暈放電是氣體介質(zhì)在不均勻電場中的局部自持放電。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場強(qiáng)度超過氣體的電離場強(qiáng)，使氣體發(fā)生電離和激勵(lì)，因而出現(xiàn)電暈放電。電暈放電會產(chǎn)生細(xì)小密集的紫藍(lán)色火花，使空氣電離并產(chǎn)生各種離子，離子在強(qiáng)電場的作用下，加速并沖擊需要處理的聚合物材料，可以使分子化學(xué)鍵斷裂而降解，增加表面粗糙度和表面積，增加承印物表面的附著能力。放電時(shí)還會產(chǎn)生大量的臭氧，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能使聚合物分子發(fā)生氧化，產(chǎn)生羰基與過氧化物等極性較強(qiáng)的基團(tuán)，從而提高聚合物表面能增加其對極性溶劑的潤濕性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種鋰離子二次電池的聚合物隔膜的電暈處理方法，通過改善隔膜結(jié)構(gòu)，增加聚合物隔膜表面積，提高電解液潤濕性和保液量，從而提升電池性能，改善電池安全特性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種鋰離子二次電池的聚合物隔膜的電暈處理方法，以聚合物隔膜為靶體，利用頻率范圍50～1000Hz、電壓范圍5000～15000V/m²的高頻高壓交流電，控制輸出功率10～30%、放電處理時(shí)間0.5～10m/min的放電條件使空氣電離產(chǎn)生各種離子，在強(qiáng)電場作用下加速沖擊聚合物隔膜，然后干燥即可；所述的聚合物隔膜厚度為0.1-100μm，結(jié)構(gòu)至少為一層；（該聚合物隔膜可以是一層或者多層的結(jié)構(gòu)）

每一層材料包括以下三種中的任一種：

1）聚烯烴基體材料、聚偏氟乙烯基體材料或纖維素復(fù)合膜材料；

2）將第1）種隔膜材料經(jīng)過有機(jī)溶劑浸蘸形成的隔膜，所用的有機(jī)溶劑為丙酮、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯、聚碳酸酯和乙基纖維素中的一種或幾種；

3）將第1）種隔膜材料通過浸蘸其他聚合物分子膠體形成隔膜；所述的其他聚合物分子包括聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，六氟丙烯，苯乙烯，丙烯腈、甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，甲酯聚甲醛、聚碳酸酯、聚硯、聚酰亞胺、聚芳醚、聚芳酰胺以及含氟高分子、含硼高分子中的一種或幾種；

所述的電暈處理過程需要在除塵空氣中進(jìn)行；優(yōu)選在0～50℃，相對濕度范圍20～50%的除塵空氣中進(jìn)行。

上述電暈處理后的隔膜干燥條件可以是室溫自然干燥，鼓風(fēng)干燥，真空干燥。優(yōu)選真空干燥。

本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池的聚合物隔膜的電暈處理方法，以聚合物分子隔膜材料為靶體，利用高頻、高壓放電條件使空氣電離產(chǎn)生各種離子，并在強(qiáng)電場作用下加速沖擊隔膜，使聚合物分子化學(xué)鍵斷裂而降解，增加隔膜表面粗糙度和表面積，提高承印物表面附著能力。同時(shí)利用空氣電離產(chǎn)生的大量強(qiáng)氧化劑臭氧，將隔膜聚合物分子氧化產(chǎn)生羰基和過氧化物等極性較強(qiáng)的基團(tuán)，提高隔膜表面能增加其對極性溶劑的潤濕性與保液量，增加離子通透性和安全性。

附圖說明

圖1為20μm厚聚乙烯鋰電池隔膜表面；

圖2為20μm厚聚乙烯鋰電池隔膜表面掃描電鏡圖；

圖3為30%輸出功率電暈處理聚合物隔膜表面；

圖4為30%輸出功率電暈處理聚合物隔膜表面掃描電鏡圖；

圖5為20%輸出功率電暈處理聚合物隔膜表面掃描電鏡圖；

圖6為未處理隔膜，20%功率電暈處理隔膜和30%功率電暈處理隔膜在電解液中浸泡60天后隔膜表面。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行說明。

實(shí)施例1