[發(fā)明專利]一種具有聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯微孔隔膜的鋰離子電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310324072.7
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103396581A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C08J9/12
• 分類號: C08J9/12;C08J9/14;C08J5/18;C08L33/12;C08L27/18;H01M2/16;H01M10/0525
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，尤其是一種具有聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯微孔隔膜的鋰離子電池。

背景技術(shù)

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)異的電性能而獲得了迅速的發(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。鋰離子電池又分為液態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰離子電池，固態(tài)鋰離子電池一般稱作聚合物鋰離子電池或塑料鋰離子電池，其工作原理與液態(tài)鋰離子電池相同，不同的是聚合物鋰離子電池的電解質(zhì)不是游離電解質(zhì)，而是凝膠電解質(zhì)或者固體電解質(zhì)。聚合物電解質(zhì)不僅具有高的離子電導率、長的循環(huán)壽命、極小的污染程度及良好的加工性能，同時又具有更好的安全性、外形設(shè)計的靈活性，其用于取代液態(tài)電解質(zhì)，能克服液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池在容量、安全性能等方面存在的問題，為鋰離子電池向全固態(tài)、超薄型發(fā)展提供有利條件。因而這種電池已成為近些年化學電源研究和開發(fā)的熱點，有非常好的發(fā)展前景。

目前，聚合物鋰離子電池電解質(zhì)隔膜性能好壞直接影響聚合物鋰離子電池性能的優(yōu)化和提高。對這類微孔聚合物電解質(zhì)隔膜的制備，主要采用一種聚合物，利用浸沒沉淀相分離和熱致相分離等方法。制備的隔膜容易引孔徑大而隔離性能不好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述不足，提供一種具有聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯微孔隔膜的鋰離子電池。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯微孔隔膜的鋰離子電池，包括負極、正極、電解液、隔膜，微孔隔膜采用以下方法制備：

1）將聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯分別放在干燥箱中恒溫干燥10～15h，以除去其中的水份，將干燥后的聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯分別密封備用；

2）用電子天平準確稱量聚甲基丙烯酸甲酯顆粒，并加入溶解聚甲基丙烯酸甲酯的有機溶劑，配成質(zhì)量濃度為25%的鑄膜液；

3）待聚甲基丙烯酸甲酯完全溶解并攪拌均勻后，密封閉光靜置一段時間，除去溶液中殘存的氣體；刮制聚甲基丙烯酸甲酯溶液薄膜厚度為100?μm；

4）設(shè)定水浴溫度為50～80℃，保持恒定后，開啟壓縮機并設(shè)定壓力，然后打開高壓氣瓶并持續(xù)幾秒鐘，以吹走管道中的空氣，再關(guān)閉氣瓶；

5）將載有鑄膜液的鑄膜盤迅速置入高壓釜中密封；

6）高壓氣瓶中的氣體被增壓泵壓縮，先送入預(yù)熱器進行預(yù)熱，再被壓入高壓反應(yīng)釜，壓力設(shè)定為20～30MPa，使高壓反應(yīng)釜中的氣體處于超臨界狀態(tài)，成為超臨界流體，保壓時間為50~80min；

7）打開裝置出口的控制閥，對高壓釜進行連續(xù)吹掃，最后對系統(tǒng)進行緩慢泄壓，泄壓時的氣體流量控制在0～0.3?m³/h；

8）用電子天平準確稱量聚四氟乙烯顆粒，并加入溶解聚四氟乙烯的有機溶劑，配成質(zhì)量濃度為25%的鑄膜液；

9）待聚四氟乙烯完全溶解并攪拌均勻后，密封閉光靜置一段時間，除去溶液中殘存的氣體；刮制聚四氟乙烯溶液薄膜厚度為100?μm；

10）重復步驟4）－7）；

11）最后打開高壓釜，取出制備的隔膜樣品。

所述超臨界流體選自超臨界二氧化碳、超臨界甲烷、超臨界乙烷、超臨界丙烷、超臨界乙烯、超臨界正戊烷。

所述有機溶劑選自甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亞砜、環(huán)丁砜。

本發(fā)明的有益效果是：這種用超臨界流體相分離制備聚合物隔膜工藝，利用超臨界流體既能溶脹大多數(shù)聚合物、又能溶解許多小分子的特性，以超臨界流體作為鑄膜體系的非溶劑，通過超臨界流體與有機溶劑的交換使超臨界流體進入到聚合物溶液中，并使溶液發(fā)生相分離，從而得到所需要的隔膜，該過程即為超臨界流體相分離制備隔膜工藝。該制備工藝的優(yōu)點為：1)?超臨界流體不僅使聚合物溶液發(fā)生相分離，還會對所形成的微孔膜（富聚合物相）起到“干燥”作用，從而使傳統(tǒng)L-S法中的相分離與其后的干燥工藝合二為一；2)?由于超臨界流體對膜的干燥過程不會產(chǎn)生汽-液界面（無相變），從而避免了在膜干燥過程中極易出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)塌陷問題；3)?與超臨界流體互溶的有機溶劑可通過簡單的減壓分離操作后循環(huán)使用，使得整個膜制備過程成為一種“綠色”的封閉型工藝過程；4)?該工藝引入了壓力作為額外的變量，通過改變超臨界流體的壓力也可對體系的分相過程進行調(diào)節(jié)，從而能有效調(diào)控膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)。

另外，本發(fā)明采用了兩種聚合物聚甲基丙烯酸甲酯和聚四氟乙烯作為隔膜材料，使隔膜即能夠在厚度上比較薄，又能夠起到較好的阻隔作用。