[發明專利]一種具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜及制備方法

有效

• 申請號: 201910614221.0
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110350129B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 那兵;鄒淑芬;柳和生;余津福
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/449;H01M50/431;H01M50/417;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 李炳生

本發明公開了一種具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜及制備方法，將多孔聚烯烴隔膜用加硫酸溶液的飽和高錳酸鉀水溶液進行處理；在多孔聚烯烴隔膜表面將沉積MnO2層；其中，硫酸濃度為0.01?0.2 M；處理溫度為60?90℃；處理時間為2?24 h；處理后的多孔聚烯烴隔膜用蒸餾水沖洗干凈，干燥后得到MnO2層修飾的具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜。本發明制備的復合隔膜具有很好的電解液潤濕性，同時由于MnO2層具有電化學活性，使得用本發明得到的復合隔膜組裝成的鋰離子電池的性能得到了極大的提升，甚至可以超過正極材料的理論容量。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及到一種具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜及制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高、循環壽命長、自放電率低，是便攜式電子產品和電動汽車最常用的儲能裝置。隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它的主要作用是阻止正極和負極之間的物理接觸，同時允許鋰離子在液體電解質中遷移。隔膜通常不具有電化學活性，在電池運行期間不參與電化學反應。但是，由于隔膜會影響電極/電解質界面性能，因此對電池的性能有重要的影響。

多孔聚烯烴膜，例如聚丙烯（PP），是鋰離子電池中使用最多的商業化的隔膜。聚丙烯隔膜具有機械強度高、電化學穩定性好、孔結構適宜、成本低等特點。但是，聚丙烯隔膜有一個明顯的缺點，即其疏水表面的電解質潤濕性差和液體電解質吸收率低。因此，在電池組裝過程中，液體電解質很難滲透到聚丙烯隔膜中，導致電極/電解質界面性能較差，從而使得電池的性能受到很大的限制。

對聚烯烴隔膜進行改性，是提升電池性能的有效方法之一。通常對聚烯烴隔膜進行改性的方法有：淤漿涂覆、表面接枝和原子層沉積等。這些方法可以在聚烯烴隔膜上形成一層親水性涂層，以改善電極/電解質界面性能。另一方面，涂層會增加隔膜厚度，而厚度的增加會在一定程度上降低電池的能量密度。此外，由于通常使用的涂層物質的電化學活性都很低，因此能夠提升電池的性能有限。為此，制備一種具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜，有望進一步提升電池的性能。

發明內容

本發明就是針對PP商業隔膜用于鋰離子電池時存在的一些問題，通過在PP隔膜表面(單面或雙面)原位生長MnO₂層的方法，制備了一種具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜，從而實現了極大地提升鋰離子電池性能的目的。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜的制備方法，包括如下步驟：

S1、將多孔聚烯烴隔膜用加硫酸溶液的飽和高錳酸鉀(KMnO₄)水溶液進行處理；在多孔聚烯烴隔膜表面將沉積MnO₂層；其中，硫酸濃度為0.01-0.2 M；

S2、處理溫度為60-90 ℃；

S3、處理時間為2-24 h；

S4、處理后的多孔聚烯烴隔膜用蒸餾水沖洗干凈，干燥后得到MnO₂層修飾的具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜。

進一步，多孔聚烯烴隔膜為聚丙烯(PP)隔膜。

進一步，所述聚丙烯隔膜包含所有的以聚丙烯為原料制備的單層商業隔膜和以聚丙烯隔膜作為外層的多層商業隔膜。

進一步，將聚丙烯隔膜單面或者雙面浸泡處理。

進一步，上述的制備方法制備的具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜。

進一步，上述的鋰離子電池復合隔膜用于制備鋰離子電池及其產品。

本發明創造性地制備了具有電化學活性的鋰離子電池復合隔膜，該復合隔膜為MnO₂層修飾的PP隔膜，其提高了PP隔膜的電解液浸潤能力，同時大大提升了用其組裝成的鋰離子電池的性能。