[發(fā)明專利]一種聚多巴胺改性的鋰離子電池隔膜及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310516081.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN103545474A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王丹;趙中令;張克金;應(yīng)善強(qiáng);姜濤;于力娜;王金興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)第一汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M2/16
• 分類號(hào): H01M2/16
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚多巴胺改性的鋰離子電池隔膜及制備方法，特別涉及一種可用于鋰離子動(dòng)力電池隔膜的制備方法。

背景技術(shù)

隔膜材料，尤其是鋰離子電池隔膜材料，屬于電池的核心技術(shù)。目前，性能優(yōu)越的電池隔膜主要被美、日、韓等國(guó)掌握，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型隔膜十分有必要。傳統(tǒng)隔膜受材料所限，對(duì)電解液的親和能力不強(qiáng)，致使吸液/保液能力不強(qiáng)，從而影響電池在充放電過程中的倍率性能。專利CN1554695A?在聚烯烴隔膜表面涂覆一層聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP），依靠PVDF-HFP的強(qiáng)極性，提高了隔膜對(duì)電解液的浸潤(rùn)能力；文獻(xiàn)（新型鋰電池用復(fù)合隔膜的制備及其電化學(xué)性能表征,?電化學(xué),?2004,?10(3):303-306）在隔膜表面涂覆摻有納米二氧化硅的聚氧乙烯（PEO)，提高了電池隔膜對(duì)電解液的潤(rùn)濕性能，但是這些改性只發(fā)生在隔膜的表面，隔膜內(nèi)部的孔洞卻無法涉及；CN?1476494A和專利CN?101948571A采用接枝的方法提高鋰離子電池隔膜對(duì)電解液的浸潤(rùn)性能，但是顯然，接枝方法也只能對(duì)隔膜的表面進(jìn)行改性，而且試驗(yàn)所用的高能輻射、紫外等還會(huì)損害隔膜。

為此，本專利制備了能夠使改性進(jìn)入到高分子基體內(nèi)孔表面的聚多巴胺改性隔膜。聚多巴胺物質(zhì)是貝殼類生物外表皮分泌的粘性物質(zhì)的主要活性成分，據(jù)文獻(xiàn)[Haeshin?Lee?etc.,?NATURE.?2007,?448(19):338-342;?Haeshin?Lee?etc.,?SCIENCE,?2007,?318:?426-430]報(bào)道，多巴胺可以顯著改性物體的表面特性，且多巴胺改性層和基體間的粘結(jié)力極強(qiáng)，近年來，其在表面改性領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用頗多[CN?101864670B，CN?102061479?A]，但是在鋰電池隔膜改性領(lǐng)域未見報(bào)道。可以預(yù)期，由于多巴胺活性層的出現(xiàn)，鋰離子電池隔膜的表面將能得到有效提高，從而改善其對(duì)電解液的吸附/保持能力，進(jìn)而提高鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。而且，該方法制備過程條件溫和，不會(huì)損害隔膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種聚多巴胺改性的鋰離子電池隔膜；其具有綜合性能優(yōu)異，吸液/保液能力強(qiáng)，并且具有離子電導(dǎo)率高，倍率性能優(yōu)越，安全性高的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的另一目的是提供一種聚多巴胺改性的鋰離子電池隔膜的制備方法，其制備方法操作簡(jiǎn)便，環(huán)境要求低，污染小的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主要技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種聚多巴胺改性的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括聚多巴胺涂層和高分子多孔膜基體兩部分，其中，聚多巴胺涂層是由單體多巴胺聚合而成，涂層厚度為10~50nm；高分子多孔膜基體隔膜厚度為10~100μm，具體組分包括但不限于聚乙烯，聚丙烯，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚酰亞胺（PI），或以其中某種材料為主的合成聚合物的一種或幾種其制備包括如下步驟：

a）將多巴胺單體溶于一定的溶劑中，配制成多巴胺含量為1~1000mmol·L^-1的堿性溶液，溶液pH值介于7.5~11之間；

b）將待改性多孔高分子隔膜浸入步驟a）所得溶液，處理2h~48h；

c）將b）步處理后的高分子隔膜基體洗凈后，置于60℃~120℃溫度下進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為4~24h，烘干氣氛為氬氣或者氮?dú)饣蛘哒婵眨吹玫蕉喟桶犯男缘匿囯x子電池隔膜。

步驟a）中所述溶劑為下述有機(jī)溶劑的水溶液：乙醇，異丙醇，丙酮，DMF，DMSO，DMAc，NMP或者以其中某一成分為主的一種或幾種；有機(jī)溶液的體積分?jǐn)?shù)為20%~80%；所述溶液中分散有質(zhì)量濃度為0.1%~10%的氧化石墨烯。

步驟b）中所述的浸入，高分子聚合物多孔膜基體平面平行于鉛垂線，且高分子聚合物多孔膜基體間互相不接觸；處理次數(shù)可以重復(fù)進(jìn)行1~10次，以獲得不同涂覆層厚度的改性隔膜，單位面積多孔高分子隔膜使用溶液體系用量為1kg~100kg，所述處理包括靜置，振蕩以及超聲，所述振蕩，頻率為10?r/min?~300r/min；所述超聲頻率為10?kHz?~50kHz，功率為500?W?~1500W。

使用上述所述隔膜的鋰離子電池，本發(fā)明的積極效果：選用了天然物質(zhì)聚多巴胺作為活性層，該活性層不僅可以涂覆到隔膜的表面，還可以涂覆到隔膜的內(nèi)孔表面，而且活性涂覆層厚度較小，不影響孔徑及其分布。此外，氧化石墨烯的加入極大的提高了離子傳輸能力，大幅度提高了電池的倍率性能。該方法對(duì)環(huán)境友好，能耗低，具有極大的應(yīng)用潛力。

附圖說明