[發(fā)明專(zhuān)利]改性隔膜及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811446448.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109560238A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳繼欽
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中興高能技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M2/16
• 分類(lèi)號(hào): H01M2/16;H01M2/14;H01M10/0525
• 代理公司: 北京派特恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11270
• 代理人: 李強(qiáng);張穎玲

本發(fā)明提供了一種改性隔膜及其制備方法和鋰離子電池，改性隔膜包括隔膜基材和位于其表面的聚合物涂層，聚合物涂層中包括側(cè)鏈被磺酸基鋰取代的聚合物。上述改性隔膜中隔膜基材的表面包括含有磺酸基鋰基團(tuán)的聚合物涂層，其具有傳導(dǎo)鋰離子的功能，用于鋰離子電池中能夠提高鋰離子在電解液中的遷移數(shù)，降低其交流阻抗值，減少濃差極化現(xiàn)象，從而減緩或抑制電池負(fù)極鋰枝晶的生長(zhǎng)，降低電池短路的風(fēng)險(xiǎn)，有效地提高鋰離子電池的安全性能、倍率性能并延長(zhǎng)其循環(huán)使用壽命。改性隔膜的制備方法，將側(cè)鏈被磺酸基鋰取代的聚合物涂覆于隔膜基材的表面，使改性隔膜在聚合物具備相對(duì)較低的取代度時(shí)也具有較高的鋰離子遷移數(shù)，從而達(dá)到減緩鋰枝晶生長(zhǎng)的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改性隔膜及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)

隔膜作為鋰離子電池的關(guān)鍵組件之一，主要起著防止正負(fù)極接觸而短路的作用，另外，隔膜內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)又構(gòu)成了鋰離子的傳輸通道，使得電池的電化學(xué)反應(yīng)能夠發(fā)生。隔膜的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能會(huì)影響電池的充放電容量、倍率性能、循環(huán)性能和安全性能等。目前商業(yè)化的鋰離子電池隔膜主要是以聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)為基材，并在基材表面涂覆陶瓷和粘結(jié)劑涂層，能使隔膜的浸潤(rùn)性得到有效提高，以達(dá)到改善電池電化學(xué)性能的目的；隔膜的基材表面涂覆陶瓷和粘結(jié)劑涂層還可以加強(qiáng)隔膜的穿刺強(qiáng)度和熱收縮性能。而商業(yè)化電解液的鋰離子遷移數(shù)一般偏低(～0.3)，使得電池在大電流充放電條件下容易產(chǎn)生濃差極化的現(xiàn)象，引起鋰離子的不均勻沉積，導(dǎo)致在負(fù)極材料表面產(chǎn)生鋰枝晶。當(dāng)鋰枝晶生長(zhǎng)到一定程度后可能刺破隔膜而導(dǎo)致正負(fù)極短路，因而發(fā)生熱失控甚至引起爆炸等不良后果。

針對(duì)此問(wèn)題，大多數(shù)儲(chǔ)能學(xué)者從電解液的角度來(lái)減少濃差極化，或者通過(guò)負(fù)極的表面修飾來(lái)改善鋰枝晶的生長(zhǎng)。通過(guò)提高電解液的濃度來(lái)改善濃差極化的方法會(huì)導(dǎo)致離子電導(dǎo)率降低；而負(fù)極表面修飾的方法中，用于改善鋰枝晶的修飾層在充放電過(guò)程中會(huì)變得不穩(wěn)定。隔膜比較穩(wěn)定，通過(guò)修飾隔膜來(lái)抑制鋰枝晶時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)上述的問(wèn)題，但是還沒(méi)有文獻(xiàn)公開(kāi)從修飾隔膜的角度來(lái)提高鋰離子遷移數(shù)、緩解鋰枝晶生長(zhǎng)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改性隔膜及其制備方法和鋰離子電池，以提高隔膜對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)作用，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池的鋰離子遷移數(shù)低而使電池容易產(chǎn)生濃差極化從而導(dǎo)致負(fù)極表面產(chǎn)生鋰枝晶的技術(shù)問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種改性隔膜，包括隔膜基材和位于所述隔膜基材至少一個(gè)表面的聚合物涂層，所述聚合物涂層中包括側(cè)鏈被磺酸基鋰取代的聚合物。

進(jìn)一步地，磺酸基鋰取代基在所述聚合物中的取代度為20％～100％。

進(jìn)一步地，所述磺酸基鋰取代基為-O-R-SO₃Li，其中R為C6-C20的亞芳基或具有1～2個(gè)氮原子的C3-C9的亞雜芳基，可選地，所述C6-C20的亞芳基和/或所述具有1～2個(gè)氮原子的C3-C9的亞雜芳基進(jìn)一步被C1-C6的烷基取代。

進(jìn)一步地，R為C6-C14的亞芳基或具有1個(gè)氮原子的五或六元的亞雜芳基，優(yōu)選R選自由亞苯基、亞萘基、亞蒽基、亞菲基、亞吡啶基、亞吡咯基、亞嘧啶基、亞喹啉基、亞異喹啉基和亞吲哚基所組成組。

進(jìn)一步地，所述聚合物的前驅(qū)體為選自由聚苯醚類(lèi)、聚醚醚酮類(lèi)、聚芳醚酮類(lèi)和聚砜類(lèi)所組成組中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述聚合物的數(shù)均分子量為100萬(wàn)以上。

進(jìn)一步地，所述聚合物涂層中還包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，所述聚合物涂層中所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的質(zhì)量百分含量為20％～50％，所述聚合物的質(zhì)量百分含量為50％～80％。

進(jìn)一步地，所述隔膜基材為聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯雙層隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層隔膜、無(wú)紡布隔膜、聚丙烯腈多孔膜或玻璃纖維膜。