一种电池隔膜制备方法及产品技术

本发明专利技术公开了一种电池隔膜的制备方法及其产品，属于电池领域。所述电池隔膜为高分子膜，由两种单体经界面聚合反应生成。该高分子膜具有离子通透性，所述两种单体分别为油溶性单体和水溶性单体，所述两种单体能在油水界面处发生界面聚合反应。本发明专利技术还提供上述方法制备获得的电池隔膜。本发明专利技术采用原位界面聚合的方法制备电池隔膜，其步骤简单、成本低廉、制备的隔膜具有多孔性、柔韧性、机械强度好、稳定性好、均匀性好并且耐热性能优良，可以用于电池领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池
，更具体地，涉及一种界面聚合法原位生成的电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
隔膜材料，在制造电池的材料中占有非常重要的地位。电池隔膜是一种多孔的薄膜，隔离正负极，防止电池内部短路，但允许离子流快速通过，从而完成在电化学充放电过程中离子在正负极之间的快速传输。目前，隔膜成本占到整个电池成本的约1/3。常规的隔膜为聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包括单层PE，单层PP以及三层PP/PE/PP复合膜。近年来，随着电池的结构形式越来越多样化，微型电池、柔性电池、绳状电池等不同种类电池的出现，人们对隔膜的制备工艺、机械性能等要求也越来越高，传统的制备、装配工艺可能已经不适用于这些特殊的电池。比如，对于纤维状电池，传统的隔膜很难卷绕在很细的纤维上。因此，需要开发一种新型的隔膜制备方法，以适应现在多种多样的电池结构对隔膜的要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电池隔膜的制备方法及隔膜，其采用原位界面聚合的方法制备出一种高分子电池隔膜，本专利技术步骤简单、成本低，制备的产物具有多孔性、柔韧性、机械强度高，稳定性好、均匀性好，耐热性好，具有较好的推广前景，可以用于电池领域。为实现上述目的，本专利技术提供了一种电池隔膜的制备方法，所述电池隔膜为高分子膜，由两种单体经界面聚合反应生成而获得，该高分子膜具有离子通透性能。进一步的，所述两种单体分别为油溶性单体和水溶性单体，所述两种单体能在油水界面处发生界面聚合反应，生成具有离子通透性能的高分子膜。进一步的，首先，将电极在水溶性单体的水溶液中浸润。接着，将浸润后的电极放入油溶性单体的油溶液中浸润，以使电极表面形成油水界面，从而能在油水界面处发生界面聚合反应，进而生成具有离子通透性能的高分子膜。或者，首先，将电极在油溶性单体的油溶液中浸润，接着，将浸润后的电极放入水溶性单体的水溶液中浸润，以使电极表面形成油水界面，从而能在油水界面处发生界面聚合反应，进而生成具有离子通透性能的高分子膜。进一步的，首先将具有微米孔隙的锂离子电池隔膜用油溶性单体的油溶液浸润，再将浸润后的锂离子电池隔膜放置于水性单体的水溶液中浸润，以在锂离子电池隔膜表面发生界面聚合反应，从而生成一层具有离子通透性能的高分子膜，以此方式，在锂离子电池中制备获得复合隔膜。进一步的，其包括如下步骤：S1：以碳材料或金属为集流体，在所述集流体上面负载电池的正极浆料并烘干，获得表面具有正极活性物质的半成品电极，S2：在常温、常压下，将步骤S1所得半成品电极浸泡在含有水溶性单体和酸中和剂的水溶液中，S3：将浸润有步骤S2中的水溶液的半成品电极取出，再浸泡入含有油溶性单体的油溶液中，以在半成品电极表面形成油水界面，从而能在油水界面发生原位界面聚合反应而获得具有离子通透性能的高分子膜，这样得到的隔膜是原位生成在电极表面的，可以自动根据电极的形状与电极贴合良好，S4：将步骤S3中结束原位界面聚合反应的半成品电极取出，用去离子水漂洗，再烘干，S5：将烘干后的半成品电极取出，蘸取电池的负极浆料，S6：将步骤S5所得的半成品电极在烘箱内烘干，加入电解液，封装。优选地，所述步骤S1中的集流体选自碳纳米管纤维、石墨烯纤维、碳纤维、金丝、不锈钢丝。所述步骤S1中的正极浆料选自锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂浆料。所述步骤S1中烘干温度为80℃。所述步骤S1中烘干时间为6h～12h。优选地，所述步骤S2中水相溶液中的单体为己二胺，浓度为2mol/L。所述步骤S2中浸泡时间为30s～300s。优选地，所述步骤S3中浸泡时间为30s～300s。优选地，所述步骤S4的烘干时间为3h～6h。所述步骤S4的烘干温度为30℃～80℃。优选地，所述步骤S5中的负极浆料为磷酸钛锂、钛酸锂浆料。优选地，所述步骤S6中烘干温度为80℃。所述步骤S6中烘干时间为6h～12h。进一步的，在水溶性单体的水溶液中添加氨水、碳酸钠和草酸钠中的一种或几种作为酸中和剂。进一步的，所述的水溶性单体选自己二胺、氨基封端的聚乙二醇、以及己二胺和氨基封端的聚乙二醇的衍生物。进一步的，所述的油溶性单体选自己二酰氯、癸二酰氯、均苯三甲酰氯、以及前述各物质的衍生物。采用以上油溶性单体，再结合界面聚合法可制备复合纳滤膜。进一步的，所述水溶性单体的水溶液中溶质的浓度为0.5mol/L～2mol/L。进一步的，所述的油溶性单体的油溶液中溶质的浓度为0.5mol/L～2mol/L。进一步的，所述步骤S2中的酸中和剂为氨水，所述氨水的质量与水溶性单体的水溶液中溶质的质量之比为1:20～1:10。进一步的，所述步骤S3的油溶性单体的油溶液中的溶质为癸二酰氯和均苯三甲酰氯，癸二酰氯和均苯三甲酰氯的浓度均为1mol/L。按照本专利技术的另一个方面，还提供一种如上方法制备获得的电池隔膜。本专利技术采用界面聚合法，使烘干后的单电极浸泡在含有水溶性单体和酸中和剂的水相溶液中，取出后与油相溶液中的油溶性单体发生原位界面聚合反应，生成电池隔膜，烘干后再包覆上另一极的电极材料，可制备获得具有电池隔膜的电极对。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术中，采用原位界面聚合的方法制备电池隔膜，利用两种单体在油水界面发生聚合反应，制得具有导离子、隔电子功能的隔膜，适合作为电池隔膜使用。本专利技术制备方法工艺简单，能够适用于各种形状的储能器件，适用范围广泛，能有效的解决非常规型号的电池隔膜(如纳米器件储能等)制备困难等问题，具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例中界面聚合隔膜在全电池中的结构示意图；图2是本专利技术实施例中原位界面聚合反应的结构示意图；图3是本专利技术实施例中界面聚合隔膜在钴酸锂浆料上的SEM(扫描电子显微镜)图；图4是本专利技术实施例中界面聚合物隔膜在单电极上的的交流阻抗谱。其中，相同的附图标记自始至终标示相同的结构或者元件：1-正极材料2-电池隔膜3-负极材料具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是本专利技术实施例中界面聚合隔膜在全电池中的结构示意图，结合图1介绍电池隔膜如下，隔膜材料被称为电池的“第三电极”，在制造电池的材料中占有非常重要的地位。电池隔膜2是一种多孔的薄膜，隔离正极材料1和负极材料2，防止电池内部短路，但允许离子流快速通过，从而完成在电化学充放电过程中离子在正负极之间的快速传输。界面聚合是指两种高反应性能的单体分别溶于两种互不相容的溶剂中，在两个液相的界面处进行不可逆的缩聚反应，是合成聚合物的一种方法。通常，所生成的高分子膜在电子显微镜下观察不到任何孔隙结构，所以过去人们认为这种膜可能会对离子输运构成阻碍，并未将其应用于电池隔膜领域。然而，经研究发现，这种膜的结构并非完全致密，其对离子扩散的阻碍作用并不严重。所以，这种高分子膜可以满足电池隔膜隔电子、导离子的性能要求。经过大量调研后尝试采用己二胺、均苯三甲酰氯、癸二酰氯作为界面聚合制备隔膜的反应单体，并结合通过控制反应温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述电池隔膜为高分子膜，由两种单体经界面聚合反应生成，该高分子膜具有离子通透性能。

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述电池隔膜为高分子膜，由两种单体经界面聚合反应生成，该高分子膜具有离子通透性能。2.如权利要求1所述的一种电池隔膜制备方法，其特征在于，所述两种单体分别为油溶性单体和水溶性单体，所述两种单体能在油水界面处发生界面聚合反应，生成具有离子通透性的高分子膜。3.如权利要求2所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，首先，将电极在水溶性单体的水溶液中浸润，接着，将浸润后的电极放入油溶性单体的油溶液中浸润，以使电极表面形成油水界面，从而能在油水界面处发生界面聚合反应，进而生成具有离子通透性能的高分子膜，或者，首先，将电极在油溶性单体的油溶液中浸润，接着，将浸润后的电极放入水溶性单体的水溶液中浸润，以使电极表面形成油水界面，从而能在油水界面处发生界面聚合反应，进而生成具有离子通透性能的高分子膜。4.如权利要求1所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，首先，将具有微米孔隙的锂离子电池隔膜用油溶性单体的油溶液浸润，接着，将浸润后的锂离子电池隔膜放置于水性单体的水溶液中浸润，以在锂离子电池隔膜表面发生界面聚合反应，从而生成一层具有离子通透性能的高分子膜，以此方式，在锂离子电池中制备获得复合隔膜。5.如权利要求1-3之一所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：以碳材料或金属为集流体，在所述集流体上面负载电池的正极浆料并烘干，获得表面具有正极活性物质的半成品电极，S2：在常温、常压下，将步骤S1所得半成品电极浸泡在含有水溶性单体和酸中和剂的水溶液中，S3：将浸润有步骤S2中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈越，张卓然，谢佳，黄云辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42