一种多孔复合膜在锂离子电池中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种多孔复合膜在锂离子电池中的应用，其由聚醚酰亚胺，与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上形成的共混多孔隔膜，其中聚醚酰亚胺与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上的质量比为(10-40)：(1-30)。二氧化硅的加入可达到增强改性的目的。该隔膜的孔径分布均匀，多孔隔膜上分布有大量小孔，孔与孔之间曲折连通，可延长锂离子电池的使用寿命。该隔膜还具有较高的热稳定性，提高了电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔复合膜在电池中的应用，特别涉及其在锂离子电池中的应用。
技术介绍
能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是国民经济、国家安全和实现可持续发展的重要基石。目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，我国对能源的需求在持续增长，因此，合理有效地利用可再生能源是满足能源需求的重要途径。可再生能源包括：风能、太阳能、生物质能、海洋能及小水电等，是一次能源，通常被转化为电能使用。在开发利用可再生能源的过程中，储能技术发挥着重要的作用。储能技术包括物理储能、化学储能等。在化学储能领域，目前可以应用于智能电网领域的化学电源主要有钠硫电池、液流电池和锂离子电池。相比较而言，锂离子电池具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、使用寿命长、没有环境污染等优点。因此，锂离子电池储能得到了很高的关注度。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，在锂离子电池成本中所占比例较高，因此，开发成本低、性能高且安全性能好的锂离子电池隔膜，是降低锂离子电池成本、提升锂离子电池性能的重要途径之一，市场上大规模使用的锂离子电池隔膜主要有单层聚乙烯膜(PE膜)、单层聚丙烯膜(PP膜)和3层PP/PE/PP复合膜。这些隔膜的制备工艺主要是干法和湿法两种，主要区别在于隔膜微孔的成孔机理。干法拉伸工艺较简单，且无污染，是锂离子电池隔膜制备的常用方法，但生产的微多孔膜孔径及孔隙率较难控制，微多孔膜横向易开裂，批量生产的电池内部微短路几率相对较高，安全性能和可靠性不高。PP膜表面疏液性导致电解液不能在隔膜表面充分浸润，从而增大电池的内阻，影响循环性能和充放电效率。湿法工艺需要大量的溶剂，易造成环境污染，与干法相比工艺相对复杂。采用聚乙烯基材，熔点只有140℃，热稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术目的是降低传统锂离子电池隔膜的内阻、提高膜的热稳定性，以及降低制膜过程中产生的环境污染等问题。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案如下：本专利技术提供一种多孔复合膜，其材质包括聚醚酰亚胺、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆等。以聚醚酰亚胺(简称PEI)和二氧化硅为例。研究发现，PEI是综合性能最佳的聚合物之一，PEI具有很强的高温稳定性，即使是非增强型的PEI，仍具有很好的韧性和强度，具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能。PEI还有良好的阻燃性、抗化学反应以及电绝缘特性。PEI还具有很低的收缩率及良好的等方向机械特性。二氧化硅的加入可达到增强改性的目的。该隔膜的孔径分布均匀，多孔隔膜上分布有大量小孔，孔与孔之间曲折连通，可延长锂离子电池的使用寿命。该隔膜还具有较高的热稳定性，提高了电池的安全性能。所述多孔复合膜可按以下方法制备：其由聚醚酰亚胺，与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上形成的共混多孔隔膜，其中聚醚酰亚胺与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上的质量比为(10-40)：(1-30)。其采用的原料包括聚醚酰亚胺，以及二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上；所述多孔复合膜按以下方法制备：1)将聚醚酰亚胺溶于有机溶剂中，在温度为10-40℃之间搅拌1小时以上，得到溶液；2)将二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上加入步骤1)已配置好的溶液中，在温度为10-40℃之间搅拌1小时以上，得到混合溶液；混合溶液中聚醚酰亚胺的质量浓度为10-40％之间，二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上质量浓度为1-30％之间；3)将混合溶液涂布于平板上，采用湿度相转化法用混合溶液制膜，温度10-50℃，相对湿度60-100％，时间3-20分钟。所述溶剂可以为DMSO、DMAC、NMP、DMF中的一种或两种以上。本专利技术所述的多孔复合膜不止限应用于锂离子电池中，还可以应用到液流电池等领域。本专利技术的有益结果：1、提高膜的亲液性，使电解液能在隔膜表面充分浸润，从而降低电池的内阻，提高了循环性能和充放电效率。2、二氧化硅的加入提高了膜的机械强度，更有利于电池的循环稳定性。3、提高膜的热稳定性。4、膜制备过程中对环境不产生污染。5、膜制备方法简单可控，容易实现大批量生产。6、本专利技术拓展了锂离子电池用膜的种类和使用范围。具体实施方式以下的实施例是对本专利技术的进一步说明，并不是限制本专利技术的范围。实施例1将10g的PEI溶于38gDMAC中，在实验温度为25℃搅拌2小时，得到PEI溶液。将2g的二氧化硅加入已配置好的PEI溶液中，在实验温度为25℃搅拌2小时，其中PEI质量浓度为20％，二氧化硅质量浓度为4％，得到PEI、二氧化硅混合溶液。将得到的PEI、二氧化硅混合溶液静止10小时。用静止好的PEI、二氧化硅混合溶液制膜，实验温度25℃，实验湿度50％。将制成的膜采用湿度相转化法成膜，实验时间10分钟，实验温度40℃，实验湿度100％。将制成的膜进行接触角测试，结果为39.2°；拉伸强度测试为27.3MPa；将制成的膜进行热稳定性测试，结果为200℃以内无形态变化。然后，利用制备的多孔复合膜组装锂离子电池，在0.5C的条件下充放电。电池的库仑效率为99.9％，放电比容量为145mAh/g。实施例2将10g的PEI溶于35gDMAC中，在实验温度为25℃搅拌2小时，得到PEI溶液。将5g的二氧化硅加入已配置好的PEI溶液中，在实验温度为25℃搅拌2小时，其中PEI质量浓度为20％，二氧化硅质量浓度为10％，得到PEI、二氧化硅混合溶液。将得到的PEI、二氧化硅混合溶液静止10小时。用静止好的PEI、二氧化硅混合溶液制膜，实验温度25℃，实验湿度50％。将制成的膜采用湿度相转化法成膜，实验时间10分钟，实验温度40℃，实验湿度100％。将制成的膜进行接触角测试，结果为38.7°；拉伸强度测试为36.3MPa；将制成的膜进行热稳定性测试，结果为200℃以内无形态变化。然后，利用制备的多孔复合膜组装锂离子电池，在0.5C的条件下充放电。电池的库仑效率为99.9％，放电比容量为146mAh/g。实施例3将10g的PEI溶于30gDMAC中，在实验温度为25℃搅拌2小时，得到PEI溶液。将10g的二氧化硅加入已配置好的PEI溶液中，在实验温度为25℃搅拌2小时，其中PEI质量浓度为20％，二氧化硅质量浓度为10％，得到PEI、二氧化硅混合溶液。将得到的PEI、二氧化硅混合溶液静止10小时。用静止好的PEI、二氧化硅混合溶液制膜，实验温度25℃，实验湿度50％。将制成的膜采用湿度相转化法成膜，实验时间10分钟，实验温度40℃，实验湿度100％。将制成的膜进行接触角测试，结果为39.6°；拉伸强度测试为40.3MPa；将制成的膜进行热稳定性测试，结果为200℃以内无形态变化。然后，利用制备的多孔复合膜组装锂离子电池，在0.5C的条件下充放电。电池的库仑效率为99.9％，放电比容量为142mAh/g。实施例4将12.5g的PEI溶于35.5gDMAC中，在实验温度为25℃搅拌2小时，得到PEI溶液。将2g的二氧化硅加入已配置好的PEI溶液中，在实验温度为25℃搅拌2小时，其中PEI质量浓度为25％，二氧化硅质量浓度为4％，得到PEI、二氧化硅混合溶液。将得到的PEI、二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔复合膜在锂离子电池中的应用，其特征在于：其由聚醚酰亚胺，与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上形成的共混多孔隔膜，其中聚醚酰亚胺与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上的质量比为(10‑40)：(1‑30)。

【技术特征摘要】
1.一种多孔复合膜在锂离子电池中的应用，其特征在于：其由聚醚酰亚胺，与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上形成的共混多孔隔膜，其中聚醚酰亚胺与二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上的质量比为(10-40)：(1-30)。2.根据权利要求1所述的应用，其采用的原料包括聚醚酰亚胺，以及二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上；所述多孔复合膜按以下方法制备：1)将聚醚酰亚胺溶于有机溶剂中，在温度为10-40℃之间搅拌1小时以上，得到溶液；2)将二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：史丁秦，李先锋，张华民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21