[發(fā)明專利]一種基于聚丙烯重離子徑跡膜的鋰離子電池隔膜及其制備方法

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• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114069152A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張琦忠;姚會軍;陳林景;曹殿亮;劉建德;劉杰;段敬來;胡正國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院近代物理研究所
• 主分類號: H01M50/40
• 分類號: H01M50/40;H01M50/403;H01M50/411;H01M50/417
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發(fā)明公開了一種基于聚丙烯重離子徑跡膜的鋰離子電池隔膜及其制備方法。所述聚丙烯重離子徑跡膜上的孔道為定向排列的直通孔道，孔道的孔徑為50～150nm。本發(fā)明聚丙烯重離子徑跡膜的制備方法包括如下步驟：S1、采用重離子垂直輻照聚丙烯薄膜，得到輻照后的聚丙烯重離子徑跡膜；S2、將輻照后的聚丙烯重離子徑跡膜進(jìn)行化學(xué)刻蝕即得；化學(xué)刻蝕采用的刻蝕液中添加表面活性劑。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對PP重離子徑跡膜的化學(xué)蝕刻，蝕刻后的薄膜具有直通的孔道，不存在盲孔，不存在曲折孔，從而保證該膜具有較低的內(nèi)阻，從而擁有較高的離子電導(dǎo)率；另外經(jīng)過化學(xué)蝕刻后的PP薄膜擁有較好的親液性，能夠促進(jìn)鋰離子在孔道里的快速輸運(yùn)，從而增強(qiáng)鋰離子電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于聚丙烯重離子徑跡膜的鋰離子電池隔膜及其制備方法，屬于鋰離子電池及聚合物薄膜技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自從1991年索尼公司發(fā)布第一款商用鋰離子電池以來，鋰離子電池成為各種電化學(xué)儲能裝置的關(guān)鍵研究對象之一，并已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、新能源汽車和智能電網(wǎng)等儲能領(lǐng)域。鋰離子電池由正極材料、負(fù)極材料、隔膜以及電解液等部件構(gòu)成，其中隔膜作為電池結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其主要作用是作為隔離電池正負(fù)極的物理屏障，同時又是鋰離子傳輸?shù)耐ǖ溃瑢﹄姵氐娜萘俊踩阅堋⒀h(huán)性能等有著重要影響。

目前商業(yè)化應(yīng)用的隔膜為聚烯烴類隔膜，特別是聚丙烯(PP)隔膜和聚乙烯烯(PE)隔膜，由于這類隔膜的力學(xué)性能優(yōu)異、電化學(xué)穩(wěn)定性高、價格便宜，從而得到了廣泛的應(yīng)用。但這類隔膜的缺點(diǎn)也非常明顯，首先是由于PP或者PE材質(zhì)的結(jié)晶度高而極性小，而電解液一般為極性較高的有機(jī)溶劑，從而使得隔膜在電解液中的親和力較低；其次是由于受限于聚烯烴隔膜的干法(熔融拉伸法)或者濕法(熱致相分離)拉伸工藝本身，很難生產(chǎn)出孔徑均一的隔膜，且孔徑偏大(孔徑介于100nm～200nm)，而孔徑尺寸及其均一性對鋰離子電池的安全性能和電化學(xué)性能有著重要影響。

重離子徑跡膜是一類廣泛應(yīng)用于離子分離、海水淡化、污水處理、氣體分離等領(lǐng)域的薄膜，其制備工藝簡單，主要是利用重離子輻照技術(shù)對聚合物膜進(jìn)行輻照，然后經(jīng)過化學(xué)蝕刻過程，獲得具有一定孔密度的重離子徑跡膜。這種隔膜的孔徑均一、孔徑連續(xù)可調(diào)，且經(jīng)過化學(xué)蝕刻薄膜表面分布著豐富的負(fù)電基團(tuán)，因此可以作為鋰離子電池隔膜的優(yōu)選材料之一。因此，有必要提供一種基于重離子徑跡膜的鋰離子電池隔膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于PP重離子徑跡膜的鋰離子電池隔膜，解決了現(xiàn)有聚烯烴類隔膜在電解液中的親和力較低，且孔徑均一性差，孔徑偏大的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所提供的基于PP重離子徑跡膜的鋰離子電池隔膜的特點(diǎn)是：

所述鋰離子電池隔膜上的孔道為定向排列的直通孔道；

所述孔道的孔徑為50～150nm，如60±5nm、80±5nm或100±20nm；

所述鋰離子電池隔膜的厚度為10～30μm，如12～25μm；

所述鋰離子電池隔膜上所述孔道的孔密度為1×10⁹～5×10¹⁰/cm²。

本發(fā)明采用表面活性劑輔助的化學(xué)蝕刻方法，通過在鉻酸溶液中加入表面活性劑，對重離子輻照后的PP薄膜進(jìn)行化學(xué)蝕刻，從而獲得孔徑均一、孔徑較小的直通孔道。

具體地，本發(fā)明提供的所述鋰離子電池隔膜的制備方法，包括如下步驟：

S1、采用重離子垂直輻照PP薄膜，得到輻照后的PP重離子徑跡膜；

S2、將所述輻照后的PP重離子徑跡膜進(jìn)行化學(xué)刻蝕，即得到所述鋰離子電池隔膜；

所述化學(xué)刻蝕采用的刻蝕液中添加表面活性劑。

上述的制備方法中，步驟S1中，所述重離子可為氙離子(Xe)、鉍離子(Bi)或鉭離子(Ta)；