[發明專利]一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構成方法

有效

• 申請號: 201710251763.7
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107180938B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 王竹儀;金蕊;施利毅;袁帥
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 31205 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 陸聰明

本發明公開了一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構成方法，其步驟：(1)將水性粘結劑和添加劑溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性粘結劑混合溶液；(2)將無機材料納米溶膠加入到上述粘結劑混合溶液中，繼續攪拌2h，靜置1h，得到水性納米涂層涂料；(3)將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內處理，初步改善隔膜的表面，然后，將上述水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池膜表面和三維孔道表面，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min，再轉移至40℃烘箱中干燥，得到被納米無機涂層修飾的鋰離子電池隔膜。該電池隔膜能在不增加隔膜厚度前提下對隔膜表面和孔道修飾，提高離子穿過隔膜的速率，提高隔膜的離子電導率和鋰離子遷移數，用修飾后的隔膜組裝電池，電池循環性能顯著提高。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構成方法，屬于鋰電池技術領域。

背景技術

綠色高能電源鋰離子電池因其較高的工作電壓、較長的循環壽命、較低的自放電效應而受到原來越多的關注。鋰離子電池主要由四部分組成：正極、負極、隔膜和電解液。隔膜作為正負電極間的一層多孔薄膜，它阻斷電池內的電子通過，但允許鋰離子通過。尤為重要的是，電池的內阻和界面結構與隔膜性能的優劣息息相關，從而能直接影響電池的循環、倍率性能以及安全性能。

目前，聚烯烴隔膜是鋰離子電池隔膜的主導材料，這類隔膜的優點是：價格低廉、力學性能優異以及化學性能較穩定，但同時也存在缺陷：潤濕性差、對電解液的親液性差、持液率低等等，而這也直接影響隔膜的電導率、和鋰離子遷移數等電化學性能。

為進一步提高鋰離子電池隔膜的電化學性能，進而提高電池的性能，需對隔膜進行改性。目前，傳統的陶瓷涂層的厚度往往較厚，由于涂布液中粒子粒徑較大使得涂層不易滲入隔膜孔道，雖能提高隔膜的熱穩定性，但是，涂布液中粒子粒徑較大導致鋰離子隔膜的堵孔現象嚴重，從而使電池的電導率和鋰離子遷移數下降。

發明內容

針對現有技術中存在的缺點，本發明的目的是提供了一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構成方法，該方法對鋰離子電池隔膜的表面和孔道進行修飾，修飾后能提高離子穿過隔膜的速率，提高隔膜離子電導率和鋰離子遷移數，改善電池循環性能。

為達到上述目的本發明采用以下技術方案：

一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構成方法，其特征是：將鋰離子電池隔膜等離子體處理，然后將水性無機材料納米溶膠涂布在鋰離子電池隔膜的表面和三維孔道內表面，使其具有高離子電導率和鋰離子遷移數，其步驟如下：

(1). 將水性粘結劑和添加劑溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性粘結劑混合溶液；

(2). 將一定固含量的無機材料納米溶膠加入到步驟(1)得到的粘結劑混合溶液中，繼續攪拌2h，靜置1h ，得到水性納米涂層涂料，其中，所述的水性納米涂層涂料中各組分及其重量百分比含量為：粘結劑，0.5-6%；添加劑，0.2-4% ；無機材料納米溶膠，15-30% ；去離子水，60-80% ；

(3). 采用傳統的浸涂法，將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內進行處理， 處理功率為 80W ，以流量為20 ml/min速度通入 CO₂氣體， 處理60s，然后將步驟(2)得到的水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池膜的表面和三維孔道內表面，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min ，再轉移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被納米無機涂層修飾的鋰離子電池隔膜。

所述鋰離子電池隔膜為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯復合隔膜等中的至少一種。

所述水性粘結劑為聚氨酯、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯醇中的至少一種。

所述納米涂層的厚度為30-70nm。

所述添加劑為聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物P123、聚酰亞胺、聚烯丙基胺PAH中的至少一種。