隔膜、制备方法及锂离子电池技术

提供一种隔膜，包括式1和/或式2所示结构，

【技术实现步骤摘要】
隔膜、制备方法及锂离子电池
本专利技术属于化学电源领域，具体涉及一种隔膜、其制备方法和包括该隔膜的锂离子电池。
技术介绍
目前固体电池多采用PEO基固态聚合物电解质，而PEO基固态聚合物电解质是双离子导体(即阴阳离子发生迁移)，但阴离子不参与电极反应，而是聚集在正极表面，因此电池充放电过程中会产生浓差极化，降低其循环寿命和倍率性能。并且PEO由于其高结晶性导致其链段运动受限，室温离子电导率低。为了提高离子电导率质通常采用链段柔顺性好的无定形结构聚合物，但同时通常伴随着力学性能的下降，且不易制得独立支撑的聚合物电解质薄膜。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供一种隔膜、其制备方法及包含该隔膜的锂离子电池。本专利技术一方面提供一种隔膜包括式1和/或式2所示结构，其中，R为-F、-CF3、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。本专利技术另一方面提供上述隔膜的制备方法，将引发剂溶于溶剂中并将含有式4结构的隔膜浸入其中，随后注入式5所示化合物和式6所示聚合物，其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。本专利技术另一方面还提供上述隔膜的制备方法，将引发剂溶于溶剂中并将含有式4结构的隔膜浸入其中，随后注入式6所示聚合物、式7和式8所示化合物和氢氧化锂，其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。本专利技术另一方面又提供一种包括上述隔膜或由上述方法制备的隔膜的锂离子电池。本专利技术的隔膜，将聚合物电解质固定于隔膜上，提高电解质的力学性能。将离子电导率高的磺酰亚胺类锂盐接枝到隔膜上，限制阴离子的移动，从而降低电池内部的浓差极化。选用无定形态的PEO寡聚物(聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯)作为锂离子传导链段，增强链段运动能力，提高锂离子的传导能力。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。本专利技术的隔膜包括式1和/或式2所示结构，其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。本专利技术将聚合物电解质固定于隔膜，提高电解质的力学性能。并且，磺酰亚胺类锂盐被固定，因此限制阴离子的移动，降低电池内部的浓差极化。PEO链段作为锂离子传导链段，增强链段运动能力，从而提高锂离子的传导能力。在优选的实施方式中，式1或式2中x＝1-2000、y＝1-2000、n＝2-30。若x、y和n的取值超过上限，则分子量过高，会降低隔膜孔隙率，阻碍锂离子的迁移。隔膜中，相对于每克隔膜，式3所示基团的含量可达4mmol，当然也可以键合每克隔膜0-4mmol之间的任何数值的式3所示基团(LiTFSI的相关结构)。本领域技术人员可以根据实际电池的需要，选择在隔膜上形成适当数量的所示结构，也可以根据电池需要的锂盐含量和离子导电率选择适当量的隔膜。对于实际应用来说，优选隔膜中式3所示基团的含量相对于每克隔膜的含量为1-4mmol。当式3所示基团的含量小于1mmol时，隔膜固定的LiTFSI的相关结构相对较少，隔膜能够限制移动的阴离子较少，从而对降低电池内部的浓差极化的贡献较小。本领域技术人员可以根据实际的需要选择1-4mmol之间的任何数值，例如1.5mmol、2.0mmol、2.5mmol、3.0mmol、3.5mmol等。优选，隔膜中-CH2-CH2-O-基团(EO链段)和Li+(包含于式3所示基团)的摩尔比为1-30：1。隔膜中-CH2-CH2-O-基团是为了传导锂离子，式3所示基团可以提供锂离子。如果-CH2-CH2-O-基团比例太少，则导致过多的锂离子不能很快的传导出去，导致效率下降。如果示3所示基团比例太少，则没有足够的锂离子传导，离子电导率下降。因此，当隔膜中-CH2-CH2-O-基团与式3所示基团的摩尔比为1-30：1时，对电池的性能改善最好。-CH2-CH2-O-基团与式3所示基团的摩尔比在1-30：1范围都可以实现本专利技术的目的，可以选择该范围内的任何数值，例如1：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1等等。使用上述隔膜的锂离子电池，由于隔膜上聚合物电解质固定于隔膜，因此不需要额外的电解质或电解液。当然，使用上述隔膜，额外使用电解质或电解液也可以实现本专利技术的专利技术目的。隔膜中的式1和/或式2结构可以通过任何方式引入。在一实施方式中，可以，将引发剂溶于溶剂中并将含有式4结构的隔膜浸入其中，随后注入式5所示化合物和式6所示聚合物，从而将磺酰亚胺类锂盐和PEO链段接枝到隔膜上。其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。优选，式5所示化合物由式7、式8所示化合物和氢氧化锂合成：在另一实施方式中，可将引发剂溶于溶剂中并将含有式4结构的隔膜浸入其中，随后注入式6所示聚合物、式7和式8所示化合物和氢氧化锂，其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。在优选的实施方式中，含有式4结构的隔膜为纤维素隔膜。在优选的实施方式中，溶剂为水或有机溶剂。当溶剂为水时，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵的一种或两种。当溶剂为有机溶剂时，引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰的一种或两种。使用上述隔膜的锂离子电池，正极可以是任何适合的正极材料，例如锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。负极可以是任何适合的负极材料，例如碳材料、硅、碳硅复合材料、钛酸锂、锂金属等。实施例1隔膜的制备将干净的三口烧瓶置入冰浴中并向其通氩气达30分钟，并量取无水乙腈倒入其中。随后依次将苯磺酰胺、三乙胺、4-二甲氨基吡啶和对苯乙烯磺酰氯按照1:3:1:1的物质的量加入到三口烧瓶中在冰浴中搅拌半个小时之后继续在室温下连续搅拌24个小时。反应方程式如反应式1所示。等到上述反应完成之后，通过旋转蒸发仪将溶剂乙腈旋蒸出去，待旋蒸完毕后，将残留物重新溶解于二氯甲烷中。随后将上述二氯甲烷溶液转移至分液漏斗中并用浓度为4％的碳酸氢钠水溶液洗涤，然后静置一段时间，用分液漏斗离出二氯甲烷相，弃去水。之后再使用浓度为1mol·L-1盐酸溶液对分离出的二氯甲烷相进行洗涤，并用分液漏斗离出用分液漏斗离出二氯甲烷相，弃去水相。最后再通过旋转蒸发的方式将二氯甲烷除去，并将得到的产物置入真空干燥箱中于40℃下干燥12小时，除去痕量的二氯甲烷。随后将产物与氢氧化锂按照1:1的物质的量进行中和反应，得到单体(SSPSILi)。过氧化苯甲酰(BPO)溶于乙腈中并将纤维素隔膜浸入其中，60度下搅拌30分钟。随后将SSPSILi以及聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯按照EO和Li+摩尔比为1：1的量倒入其中继续搅拌3个小时并将纤维素捞出。正极片的制备将镍钴锰酸锂(LiNi0.5Co0.2Mn0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔膜，其特征在于，包括式1和/或式2所示结构，/n

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括式1和/或式2所示结构，



其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几种。


2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述式1或式2中x＝1-2000、y＝1-2000、n＝2-30。


3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜为纤维素隔膜。


4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜中对于每克隔膜式3所示基团的含量为1-4mmol，优选为1.5-3.5mmol，更优选为2-3mmol；所述隔膜中-CH2-CH2-O-基团与Li+的摩尔比为1-30：1；





5.一种隔膜的制备方法，其特征在于，将引发剂溶于溶剂中并将含有式4结构的隔膜浸入其中，随后注入式5所示化合物和式6所示聚合物，



其中，R为-F、苯环、氟取代的苯环、氰基取代的苯环或C1-8的全氟碳链的一种或几...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晨，李洋，陈超，李旭，王康平，彭祖玲，
申请(专利权)人：中航锂电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32