[發明專利]一種復合鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410663051.2
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104362278B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 張明祖;吳大釗;何金林;倪沛紅
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及鋰離子電池隔膜生產技術領域，特別涉及一種鋰離子電池用改性復合隔膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為現代重要的儲能設備之一，吸引了研究人員的廣泛關注。鋰離子電池具有高能量密度、高穩定性等優點，被廣泛應用于移動電子設備以及電動車等設備上。另外，其在電動車方面的應用具有零碳排放的優點，使得現代汽車產業極其需要發展快速充放電性能的鋰離子電池。電池的放電倍率是指電池在規定的時間內放出其額定容量時所需要的電流值，它在數值上等于電池額定容量的倍數。如何提高鋰離子電池的放電倍率，除了目前研究較多的電極配方、涂敷工藝、電解質和電池結構設計等方面，電池用聚合物隔膜的結構和性能也對提高鋰離子電池高倍率具有重要作用。隔膜隔絕了電池正負極活性材料，但是能夠吸收液體電解液，從而使得鋰離子能夠在其內部傳遞。

傳統的聚合物隔膜一般采用聚烯烴類聚合物，主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、PP/PE/PP復合膜。由于聚烯烴由非極性鏈段組成，所以用這類材料制備的隔膜對電解液浸潤性差，離子電導率較低。為了解決這一問題，一些具有極性鏈段的聚合物被用做電池的聚合物隔膜，例如：聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯腈（PAN）等。將這類聚合物隔膜浸泡于常用的電解液中適當的時間，即可獲得聚合物電解質。對液體電解液的保持作用比傳統商品化隔膜有一定程度的提高。

此外，為了彌補單一聚合物電解質存在的各種缺陷，一些研究者提出采用復合聚合物電解質隔膜應用于鋰離子電池中。這類研究會大大提高鋰離子電池隔膜的性能。目前進行的研究主要是提高聚合物電解質的離子電導率，機械性能、安全性能以及在較高充放電速率下的穩定性，等等。

其中聚合物共混型和聚合物涂覆改性型復合隔膜的研究最為廣泛，例如，N.?H.?Idris等制備了PVDF/PMMA共混性隔膜，利用PVDF和PMMA鏈段相互作用，降低了PVDF的結晶性，增加了隔膜的自由體積，從而增加了吸液率和離子電導率；在之前的研究中，Peihong?Ni課題組發現，利用SiO₂摻雜PVDF-HFP隔膜，可以將其離子電導率提高至1.35×10^-3?S/cm，140℃下熱收縮率減小至約15%，這種隔膜在0.2?C下放電比容量約140?mA·h·g^-1，在2.0?C下放電比容量約120?mA·h·g^-1，占低放電速率下比容量的85%。此外，J.?Y.?Sohn等制備了PMMA/PVDF-HFP共混溶液并用其涂覆改性商用PE膜，利用PE作支撐材料，PMMA/PVDF-HFP復合表面層吸收電解液，使得改性后的復合隔膜離子電導率達到約1.7×10^-3?S/cm，遠高于原PE商用膜（約1.0×10^-3?S/cm）（參見：Nurul?Hayati?Idris,?Md.?Mokhlesur?Rahman,?Jia-Zhao?Wang,??Hua-Kun?Liu,?Microporous?gel?polymer?electrolytes?for?lithium?rechargeable??battery?application,?J.?Power?Sources,?2012,?201,?294-300；Xiaofei?Li,?Mingzu?Zhang,?Jinlin?He,?Dazhao?Wu,?Juwen?Meng,?Peihong?Ni,?Effects?of?fluorinated?SiO₂?nanoparticles?on?the?thermal?and?electrochemical?properties?of?PP?nonwoven/PVdF-HFP?composite?separator?for?Li-ion?batteries,?J.?Membr.?Sci.,?2014,?455,?368-374；Joon?Yong?Sohn,?Jong?Su?Im,?Junhwa?Shin,?Young?Chang?Nho,?PVDF-HFP/PMMA-coated?PE?separator?for?lithium?ion?battery,?J.?Solid?State?Electrochem.,?2012,?16,?551-556）。