一种聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜及其制备方法。制备方法为：采用聚偏氟乙烯和氧化锆纤维，经溶解、混合、涂层和浸泡得到湿态下的薄膜，再经烘干制成干态的多孔电池隔膜。本发明专利技术提供的电池隔膜具有极高的尺寸稳定性、热稳定性和机械强度，且具有优良的电化学性能，可实现锂电池在高温下的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池隔膜及其制备方法，具体涉及一种聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂电池作为当前最受欢迎的储能系统，由阴极、阳极、隔膜和电解液组成，其中隔膜的作用是两个电极之间的传输介质，同时控制锂电子的迁移数。聚烯烃微孔膜因为有合适的化学稳定性、厚度、孔径和机械强度，被广泛应用于锂电池隔膜。但是，聚烯烃微孔膜熔点较低，无法长期在高温下工作，且易在高温下引发安全事故。此外，当温度超过聚烯烃的熔点时，融化的隔膜会使电极之间发生短路，而传统电解液在聚烯烃微孔膜上的润湿性较差，也会给电池的性能带来负面影响。目前，在聚烯烃微孔膜表面涂覆无机颗粒是解决上述问题的普遍方案。然而，涂覆过程中很多微小的孔隙不可避免地被封锁，导致整体孔隙率的下降。同时，长期浸泡在电解液中的颗粒，特别是隔膜表面的颗粒易从聚烯烃主体上脱落，导致电池的使用寿命受限。为了克服此类电池隔膜的缺陷，本专利技术使用无机氧化锆纤维替代无机颗粒，制备出一种具有极高尺寸稳定性、热稳定性和机械强度的电池隔膜。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是，采用现有技术制得的电池隔膜无法实现锂电池在高温下的应用。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案：一种聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜的制备方法，其特征在于，采用聚偏氟乙烯(PVDF)和氧化锆(ZrO2)纤维，经溶解、混合、涂层和浸泡得到湿态下的薄膜，再经烘干制成干态的多孔电池隔膜。优选地，具体步骤如下：第一步：将0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中，获得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并搅拌均匀；第二步：往第一步得到的透明溶液中添加氧化锆纤维，搅拌12h以上，使其均匀；第三步：用刮刀涂层机将第二步得到的溶液均匀地涂抹在一块洁净的玻璃板上，而后将玻璃板在空气中暴露；第四步：将第三步中的玻璃板放在去离子水中静置，发生相转化过程，水和NMP发生交换，形成湿态下的薄膜；第五步：将第四步得到的湿态下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干态的隔膜。优选地，所述第二步中往第一步得到的透明溶液中添加的氧化锆纤维与聚偏氟乙烯粉末的重量比为1∶3～3∶1。优选地，所述第三步中刮刀涂层机的涂层速度为2.5cm/s，玻璃板在空气中暴露的时间为30min。优选地，所述第五步中烘箱为真空烘箱，烘干温度为80℃，烘干时间为12h。本专利技术还提供了一种采用上述聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜的制备方法制备的聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜。优选地，聚偏氟乙烯以多孔形态填充在氧化锆纤维间的大孔中。优选地，所述隔膜的平均孔径为600nm，孔径分布距离为100～900nm。本专利技术提供的电池隔膜具有极高的尺寸稳定性、热稳定性和机械强度，且具有优良的电化学性能，可实现锂电池在高温下的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)以无机ZrO2纤维代替无机颗粒，可有效地避免无机颗粒封锁膜的微孔，提高膜的孔隙率；(2)ZrO2纤维给电池隔膜提供较高的热稳定性和化学稳定性，另外，电解液在其表面的润湿性较好；(3)ZrＯ2纤维提高了电池隔膜的机械性能，可防止电池隔膜因剧烈燃烧而发生变形。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。实施例1将0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中，获得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并搅拌均匀，再往其中添加ZrＯ2纤维，ZrＯ2纤维∶PVDF粉末＝3∶1(重量百分比)，搅拌12h，使其均匀。接着，用刮刀涂层机将得到的溶液均匀地涂抹在一块洁净的玻璃板上，将玻璃板在空气中暴露后放入去离子水中静置，发生相转化过程，水和NMP发生交换，形成湿态下的薄膜。最后将湿态下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干态的隔膜。其中，刮刀涂层机的涂层速度为2.5cm/s，玻璃板在空气中暴露的时间为30min，烘箱为真空烘箱，烘干温度为80℃，烘干时间为12h。经检测，上述电池隔膜的孔隙率为78.38％，在干态下的应力为4.5MPa，在湿态下的应力为5.2MPa。将隔膜在高温条件下放置，当温度达到495℃时，隔膜的重量变为初始重量的98％，经过240s的持续燃烧后，隔膜的结构完整性丢失。隔膜的离子电导率为0.533mS/cm，在恒定电流下对电池进行充放电，电压从4.3V降低到3V，电池的放电容量为165.7mAh/g，50次充放电循环后，电池的放电容量为160.3mAh/g。实施例2将0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中，获得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并搅拌均匀，再往其中添加ZrＯ2纤维，ZrＯ2粉末∶PVDF粉末＝3∶1(重量百分比)，搅拌12h，使其均匀。接着，用刮刀涂层机将得到的溶液均匀地涂抹在一块洁净的玻璃板上，将玻璃板在空气中暴露后放入去离子水中静置，发生相转化过程，水和NMP发生交换，形成湿态下的薄膜。最后将湿态下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干态的隔膜。其中，刮刀涂层机的涂层速度为2.5cm/s，玻璃板在空气中暴露的时间为30min，烘箱为真空烘箱，烘干温度为80℃，烘干时间为12h。经检测，上述电池隔膜的孔隙率为64.81％，在干态下的应力为0.6MPa，在湿态下的应力为1.9MPa。将隔膜在高温条件下放置，当温度达到495℃时，隔膜的重量变为初始重量的80％。经过15s的持续燃烧后，隔膜的结构完整性丢失。隔膜的离子电导率为0.498mS/cm，在恒定电流下对电池进行充放电，电压从4.3V降低到3V，电池的放电容量为150.2mAh/g，50次充放电循环后，电池的放电容量为89.5mAh/g。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜的制备方法，其特征在于，采用聚偏氟乙烯和氧化锆纤维，经溶解、混合、涂层和浸泡得到湿态下的薄膜，再经烘干制成干态的多孔电池隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜的制备方法，其特征在于，采用聚偏氟乙烯和氧化锆纤维，经溶解、混合、涂层和浸泡得到湿态下的薄膜，再经烘干制成干态的多孔电池隔膜。2.如权利要求1所述的聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：将0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮溶液中，获得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并搅拌均匀；第二步：往第一步得到的透明溶液中添加氧化锆纤维，搅拌12h以上，使其均匀；第三步：用刮刀涂层机将第二步得到的溶液均匀地涂抹在一块洁净的玻璃板上，而后将玻璃板在空气中暴露；第四步：将第三步中的玻璃板放在去离子水中静置，发生相转化过程，水和NMP发生交换，形成湿态下的薄膜；第五步：将第四步得到的湿态下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干态的隔膜。3.如权利要求2所述的聚偏氟乙烯/氧化锆多孔电池隔膜的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晨，秦颖，汪美娜，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31