[發(fā)明專利]一種復(fù)合鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410663051.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN104362278B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明祖;吳大釗;何金林;倪沛紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M2/16
• 分類號(hào): H01M2/16
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池用改性復(fù)合隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為現(xiàn)代重要的儲(chǔ)能設(shè)備之一，吸引了研究人員的廣泛關(guān)注。鋰離子電池具有高能量密度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備以及電動(dòng)車等設(shè)備上。另外，其在電動(dòng)車方面的應(yīng)用具有零碳排放的優(yōu)點(diǎn)，使得現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)極其需要發(fā)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(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。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(zhì)和電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，電池用聚合物隔膜的結(jié)構(gòu)和性能也對(duì)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(fù)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(nèi)部傳遞。

傳統(tǒng)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(fù)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(duì)電解液浸潤(rùn)性差，離子電導(dǎo)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(dāng)?shù)臅r(shí)間，即可獲得聚合物電解質(zhì)。對(duì)液體電解液的保持作用比傳統(tǒng)商品化隔膜有一定程度的提高。

此外，為了彌補(bǔ)單一聚合物電解質(zhì)存在的各種缺陷，一些研究者提出采用復(fù)合聚合物電解質(zhì)隔膜應(yīng)用于鋰離子電池中。這類研究會(huì)大大提高鋰離子電池隔膜的性能。目前進(jìn)行的研究主要是提高聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，機(jī)械性能、安全性能以及在較高充放電速率下的穩(wěn)定性，等等。

其中聚合物共混型和聚合物涂覆改性型復(fù)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(jié)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(dǎo)率；在之前的研究中，Peihong?Ni課題組發(fā)現(xiàn)，利用SiO₂摻雜PVDF-HFP隔膜，可以將其離子電導(dǎo)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(fù)合表面層吸收電解液，使得改性后的復(fù)合隔膜離子電導(dǎo)率達(dá)到約1.7×10^-3?S/cm，遠(yuǎn)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）。