一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法，该复合锂离子电池隔膜由聚烯烃基膜和涂覆在聚烯烃基膜两侧的涂层组成；所述涂层由咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物组成。其制备方法包括以下步骤：1)制备纳米二氧化硅分散液；2)制备乙烯基二氧化硅纳米颗粒；3)制备咪唑基二氧化硅纳米颗粒；4)在聚烯烃基膜表面生成功能涂层。本发明专利技术的复合锂离子电池隔膜的润湿性优异，可以显著提高锂离子电池的电化学循环性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术涉及一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法，属于锂离子电池

技术介绍
随着国内外便携式电子设备、电动汽车等的高速发展，人们对锂离子电池的能量密度的要求也越来越高，而电池能量密度增加的同时也必然带来电池安全问题。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，起着隔离正负极和离子传导的作用，是影响电池容量和安全性能的重要因素。目前，市场上所用的隔膜大多以聚烯烃为主要材质，此类隔膜具有优异的机械强度和化学稳定性，应用范围很广，但其熔融温度较低、电解液润湿性较差，对电池的安全性能和电化学性能有很大影响。针对这一缺点，研究者们开发了陶瓷涂层隔膜，但是陶瓷涂层与聚烯烃基膜不能形成一个有机整体，导致部分无机纳米粒子易脱落；另外，由于无机纳米粒子易在基膜孔道中紧密堆积，导致隔膜的电化学性能发挥受到限制，如隔膜的离子电导性降低。因此，有必要开发一种电化学性能更加优异、安全性更好的复合锂离子电池隔膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种复合锂离子电池隔膜，由聚烯烃基膜和涂覆在聚烯烃基膜两侧的涂层组成；所述涂层由咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物组成。所述咪唑基二氧化硅纳米颗粒的粒径为100～500nm。所述有机聚合物为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、纤维素、聚甲基丙烯酸酯中的至少一种。所述咪唑基二氧化硅纳米颗粒、有机聚合物的质量比为1：(0.25～4)。上述复合锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)将正硅酸四乙酯-乙醇混合液加入氨水-乙醇-水混合液中，充分反应，得到纳米二氧化硅分散液；2)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅分散液中，充分反应，再固液分离，对固体产物进行洗涤、干燥，得到乙烯基二氧化硅纳米颗粒；3)将1-乙烯基咪唑、苯乙烯、引发剂和乙烯基二氧化硅纳米颗粒加入溶剂中，充分反应，再固液分离，对固体产物进行洗涤、干燥，得到咪唑基二氧化硅纳米颗粒；4)将咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物分散在溶剂中，得到铸膜液，再将聚烯烃基膜浸入铸膜液中，充分浸泡、取出干燥，得到复合锂离子电池隔膜。步骤1)所述正硅酸四乙酯、氨水的体积比为1：(1.3～16.2)。步骤1)所述氨水的质量分数为25％。步骤2)所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、纳米二氧化硅分散液的添加量比为1g：(40～60)mL。步骤3)所述1-乙烯基咪唑、苯乙烯的体积比为(1～3)：1。步骤3)所述乙烯基二氧化硅纳米颗粒、1-乙烯基咪唑+苯乙烯的质量比为(1～3)：5。步骤3)所述1-乙烯基咪唑+苯乙烯+乙烯基二氧化硅纳米颗粒、溶剂的添加量比为1g：(50～70)mL。步骤3)所述引发剂、溶剂的添加量比为1g：(3000～3500)mL。步骤3)所述引发剂为偶氮二异丁腈。步骤3)所述溶剂为乙腈。步骤4)所述铸膜液中咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物总的质量百分含量为3％～10％。步骤4)所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。本专利技术的有益效果是：本专利技术的复合锂离子电池隔膜的润湿性优异，可以显著提高锂离子电池的电化学循环性能和安全性能。1)本专利技术将咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物的共混物涂覆在聚烯烃基膜上，不仅可以有效改善纳米粒子团聚现象，而且还可以大幅度提高聚烯烃基膜的润湿性；2)本专利技术中的咪唑基二氧化硅纳米颗粒可以促进正极固体界面膜的形成，有效抑制电解液分解和正极材料结构塌陷，从而可以提高锂离子电池的电化学性能。附图说明图1为实施例1中的咪唑基二氧化硅纳米颗粒的SEM图。图2为实施例1中的复合锂离子电池隔膜的SEM图。图3为实施例1中的复合锂离子电池隔膜的接触角。图4为实施例1中的复合锂离子电池隔膜制成的扣式电池的放电曲线。具体实施方式一种复合锂离子电池隔膜，由聚烯烃基膜和涂覆在聚烯烃基膜两侧的涂层组成；所述涂层由咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物组成。优选的，所述咪唑基二氧化硅纳米颗粒的粒径为100～500nm。优选的，所述有机聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、纤维素、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)中的至少一种。优选的，所述咪唑基二氧化硅纳米颗粒、有机聚合物的质量比为1：(0.25～4)。上述复合锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)将正硅酸四乙酯-乙醇混合液加入氨水-乙醇-水混合液中，充分反应，得到纳米二氧化硅分散液；2)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅分散液中，充分反应，再固液分离，对固体产物进行洗涤、干燥，得到乙烯基二氧化硅纳米颗粒；3)将1-乙烯基咪唑、苯乙烯、引发剂和乙烯基二氧化硅纳米颗粒加入溶剂中，充分反应，再固液分离，对固体产物进行洗涤、干燥，得到咪唑基二氧化硅纳米颗粒；4)将咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物分散在溶剂中，得到铸膜液，再将聚烯烃基膜浸入铸膜液中，充分浸泡、取出干燥，得到复合锂离子电池隔膜。优选的，上述复合锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)将正硅酸四乙酯-乙醇混合液加入氨水-乙醇-水混合液中，室温搅拌10～15h，得到纳米二氧化硅分散液；2)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅分散液中，室温搅拌20～30h，离心，用乙醇和蒸馏水多次洗涤离心得到的固体产物，再110～130℃干燥20～30h，得到乙烯基二氧化硅纳米颗粒；3)将1-乙烯基咪唑、苯乙烯、引发剂和乙烯基二氧化硅纳米颗粒加入溶剂中，加热至沸腾，充分反应，离心，用乙醇和蒸馏水多次洗涤离心得到的固体产物，再110～130℃干燥20～30h，得到咪唑基二氧化硅纳米颗粒；4)将咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物分散在溶剂中，室温搅拌20～30h，得到铸膜液，再将聚烯烃基膜浸入铸膜液中，浸泡20～40min，取出聚烯烃基膜，50～70℃真空干燥20～30h，得到复合锂离子电池隔膜。优选的，步骤1)所述正硅酸四乙酯、氨水的体积比为1：(1.3～16.2)。优选的，步骤1)所述氨水的质量分数为25％。优选的，步骤2)所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、纳米二氧化硅分散液的添加量比为1g：(40～60)mL。优选的，步骤3)所述1-乙烯基咪唑、苯乙烯的体积比为(1～3)：1。优选的，步骤3)所述乙烯基二氧化硅纳米颗粒、1-乙烯基咪唑+苯乙烯的质量比为(1～3)：5。优选的，步骤3)所述1-乙烯基咪唑+苯乙烯+乙烯基二氧化硅纳米颗粒、溶剂的添加量比为1g：(50～70)mL。优选的，步骤3)所述引发剂、溶剂的添加量比为1g：(3000～3500)mL。优选的，步骤3)所述引发剂为偶氮二异丁腈。优选的，步骤3)所述溶剂为乙腈。优选的，步骤4)所述铸膜液中咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物总的质量百分含量为3％～10％。优选的，步骤4)所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、碳酸二甲酯(DMC)、丙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1：一种复合锂离子电池隔膜，其制备方法如下：1)将82.8mL乙醇和8.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合锂离子电池隔膜，其特征在于：由聚烯烃基膜和涂覆在聚烯烃基膜两侧的涂层组成；所述涂层由咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物组成。

【技术特征摘要】
1.一种复合锂离子电池隔膜，其特征在于：由聚烯烃基膜和涂覆在聚烯烃基膜两侧的涂层组成；所述涂层由咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物组成。2.根据权利要求1所述的复合锂离子电池隔膜，其特征在于：所述咪唑基二氧化硅纳米颗粒的粒径为100～500nm。3.根据权利要求1或2所述的复合锂离子电池隔膜，其特征在于：所述有机聚合物为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、纤维素、聚甲基丙烯酸酯中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的复合锂离子电池隔膜，其特征在于：所述咪唑基二氧化硅纳米颗粒、有机聚合物的质量比为1：(0.25～4)。5.权利要求1所述的复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将正硅酸四乙酯-乙醇混合液加入氨水-乙醇-水混合液中，充分反应，得到纳米二氧化硅分散液；2)将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入纳米二氧化硅分散液中，充分反应，再固液分离，对固体产物进行洗涤、干燥，得到乙烯基二氧化硅纳米颗粒；3)将1-乙烯基咪唑、苯乙烯、引发剂和乙烯基二氧化硅纳米颗粒加入溶剂中，充分反应，再固液分离，对固体产物进行洗涤、干燥，得到咪唑基二氧化硅纳米颗粒；4)将咪唑基二氧化硅纳米颗粒和有机聚合物分散在溶剂中，得到铸膜液，再将聚烯烃基膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：左晓希，吴锦华，南俊民，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44