一种锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池隔膜，它是以聚砜‑b‑聚乙二醇嵌段共聚物为原料制备的多孔膜；所述聚砜‑b‑聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为50～200kDa，其中聚乙二醇的质量分数为5～40％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于5％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于100％。相比于商业聚丙烯隔膜，本发明专利技术的锂离子电池隔膜具有良好的热稳定性、浸润性、高吸液率和高电导率以及更好的电化学性能，并具有热关断性能，能够很好地提高锂离子电池的充放电性能和安全性能。本发明专利技术还提供制备所述锂离子电池隔膜的方法以及包含所述锂离子电池隔膜的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术属于高分子多孔材料和锂离子电池隔膜

技术介绍
锂离子电池是最具发展潜力的电池，目前已广泛应用于智能手机、笔记本电脑等电子产品以及新能源汽车等领域。隔膜材料是锂离子电池的重要组成部分，其主要作用是避免电池正负极直接接触，并确保电解液中锂离子在正负极间的自由迁移，因此膜材料的结构和性能直接影响电池的各项性能指标。目前，广泛使用的锂离子电池隔膜材料为聚烯烃类材料，如：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等。此类隔膜表面能低，对电解液的浸润性、吸液率较差，不利于电池充放电过程中锂离子的迁移，而且聚烯烃材料熔点低，热稳定性差，电池失控时，内部急剧升温，导致隔膜发生极大热收缩，使电池内部发生短路，引发电池安全问题。这在一定程度上限制了锂离子电池的进一步发展。因此，开发具有耐热性能和对电解液良好浸润性的隔膜，对提高锂离子电池的安全性和电化学性能方面具有重大意义。聚砜(PSf)是一种重要的高性能聚合物材料，具有优异的热稳定性和机械强度，其含有醚键和砜基极性基团，利于提高对电解液的浸润能力，是一种理想的锂离子电池隔膜材料。聚乙二醇(PEG)可提供足够高的给电子基团密度，并具有柔性的聚醚链段，有利于锂盐的传递，可提高锂离子电池的电化学性能。利用由聚砜和聚乙二醇组成的嵌段共聚物可制备具有优异耐热性能和浸润性能的隔膜，使锂离子电池性能得到进一步提升，应用领域得以拓展。
技术实现思路
本专利技术针对目前锂离子电池隔膜存在的问题，提出一种具有良好浸润性和耐热性能的锂离子电池隔膜及其制备方法。本专利技术的技术方案为：首先，提供一种锂离子电池隔膜，它是以聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物为原料制备的多孔膜；所述聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为50～200kDa，其中聚乙二醇的质量分数为5～40％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于5％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于100％。本专利技术优选的方案中，所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为60～90kDa，其中聚乙二醇的质量分数为10～30％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于3％；在电解液中浸泡2min后吸液率高于300％。本专利技术更优选的方案中，所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为79.1kDa，其中聚乙二醇的质量分数为21％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于3％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于450％。本专利技术优选的方案中，所述的锂离子电池隔膜是以所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物为原料经过制膜和选择性溶胀致孔而制备的多孔膜。本专利技术进一步优选的方案中，所述的锂离子电池隔膜，是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成制膜液后在基底表面刮涂制膜，然后再选择性溶胀致孔得到的多孔膜；或者是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物在高温加热熔融后挤出制膜，然后再选择性溶胀致孔得到的多孔膜。本专利技术还提供一种制备所述锂离子电池隔膜的方法，包括：用聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成致密薄膜，然后将所述致密薄膜采用选择性溶胀致孔，得到所述的锂离子电池隔膜。本专利技术优选的制备方法中，所述的用聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成致密薄膜，是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成制膜液后在基底表面刮涂制膜；或者是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物在高温加热熔融后挤出制膜。本专利技术一种优选的实施方案中，制备所述锂离子电池隔膜的方法，包括：1)使用有机溶剂将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物配制成制膜液，然后将所述制膜液刮涂制膜得到致密薄膜；2)将1)所得致密薄膜浸没在混合溶剂中，并在50～70℃下溶胀处理1～24h，立刻将所述薄膜取出，在20～60℃下鼓风干燥10～60min，得到具有双连续多孔结构的聚砜-b-聚乙二醇锂离子电池隔膜。进一步优选的方案中，步骤1)是将所述聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物用有机溶剂配制成浓度为10～20wt％的制膜液，然后以常规量刮涂于玻璃板，刮涂高度为100～400μm，之后干燥成膜，得到所述的致密薄膜。所述的制膜液浓度优选为15wt％。所述的有机溶剂可以选自三氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，优选二氯乙烷。所述的刮涂高度优选100μm。本专利技术的方案中，2)所述的混合溶剂由两种有机溶剂组成，其一可以选自丙酮、氯仿、二氯乙烷或甲苯；本专利技术优选丙酮。其二可以选甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正己醇或乙酸；本专利技术优选正丙醇。前者溶剂所占质量分数可以为10～30％，本专利技术优选20％。本专利技术的方案中，2)所述的溶胀温度为50～70℃；最优选60℃；所述的处理时间为1～24h；最优选4h。本专利技术的方案中，2)所述的干燥温度为20～60℃；优选60℃；处理时间为10～60min；优选10min。本专利技术最优选的一种实施方案中，制备所述的锂离子电池隔膜的具体步骤是：(1)制膜液的配制过程将聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物以二氯乙烷为溶剂配制成制膜液，通过机械搅拌使聚合物充分溶解；其中，制膜液的浓度为15wt％，所述聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为79.1kDa，其中聚乙二醇的质量分数为21％；(2)制膜过程将步骤(1)中得到的制膜液取一定量刮涂于玻璃板，刮涂高度100μm，接着将其置于120℃烘箱中处理10min，使溶剂完全挥发，即可得到致密的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物薄膜；(3)选择性溶胀开孔过程将步骤(2)中得到的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物薄膜置于装有丙酮和正丙醇的混合溶剂的容器中，随即将其放于60℃中处理4h从而致孔，溶胀结束后立即将聚合物薄膜取出，在60℃下鼓风干燥10min，得到具有双连续多孔结构的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物锂离子电池隔膜。本专利技术还提供一种锂离子电池，它包括电解液、正极材料、负极材料和置于正级材料和负极材料之间的隔离材料；其中，所述的隔离材料是本专利技术所述的锂离子电池隔膜；所述的锂离子电池交流阻抗小于1Ω，电导率大于1ms/cm；循环充放电25次的放电比容量保持在160～165mAh/g之间不发生衰减；在0.2C、0.5C、1C和5C倍率下的放电比容量分别为高于150mAh/g、高于145mAh/g、高于120mAh/g和高于100mAh/g。本专利技术优选的锂离子电池，其交流阻抗小于0.8Ω，电导率大于1ms/cm；循环充放电25次的放电比容量保持在160～165mAh/g之间不发生衰减；在0.2C、0.5C、1C和5C倍率下的放电比容量分别为高于160mAh/g、高于150mAh/g、高于130mAh/g和高于110mAh/g。本专利技术有益技术效果：现有技术中，大多使用聚乙烯或聚丙烯为原料制备锂离子电池隔膜，这类膜对电解液的浸润性、吸液率较差，使电池性能较低；同时热稳定性也较差，容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池隔膜，它是以聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物为原料制备的多孔膜；所述聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为50～200kDa，其中聚乙二醇的质量分数为5～40％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于5％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜，它是以聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物为原料制备的多孔膜；所述聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为50～200kDa，其中聚乙二醇的质量分数为5～40％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于5％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于100％。


2.权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为60～90kDa，其中聚乙二醇的质量分数为10～30％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于3％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于300％。


3.权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物的总分子量为79.1kDa，其中聚乙二醇的质量分数为21％；所述的锂离子电池隔膜，在125℃和150℃热处理1h后热收缩率均低于3％，在电解液中浸泡2min后吸液率高于450％。


4.权利要求1～3任意一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述的锂离子电池隔膜，是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成制膜液后在基底表面刮涂制膜，然后再选择性溶胀致孔得到的多孔膜；或者是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物在高温加热熔融后挤出制膜，然后再选择性溶胀致孔得到的多孔膜。


5.制备锂离子电池隔膜的方法，包括：用聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成致密薄膜，然后将所述致密薄膜采用选择性溶胀致孔，得到所述的锂离子电池隔膜。


6.权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的用聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成致密薄膜，是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物制成制膜液后在基底表面刮涂制膜；或者是将所述的聚砜-b-聚乙二醇嵌段共聚物在高温加热熔融后挤出制膜。

【专利技术属性】
技术研发人员：汪勇，杨浩，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32