本发明专利技术公开了一种复合隔膜材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池隔膜微孔膜材料制备技术领域。本发明专利技术解决了现有聚乙烯基锂金属电池复合隔膜在热稳定性、润湿性、传输锂离子的能力以及稳定性方面存在的不足的技术问题。本发明专利技术将PE浸渍在PSU和PVDF的混合浆料中，PSU与PVDF填充PE不均匀的孔径使得PESV具有更高的孔隙率，更加均匀的孔分布，合理的设计了厚度为16μm的PESV超稳定复合隔膜，且刚性、热稳定性良好的PSU及亲电解液的PVDF使得PESV复合隔膜同时兼顾高机械强度和润湿性，在电池中能够长期稳定循环。够长期稳定循环。够长期稳定循环。
【技术实现步骤摘要】
一种复合隔膜材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及一种复合隔膜材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池隔膜微孔膜材料制备
技术介绍
[0002]随着电子器件的快速发展，对高容量、高安全性、低成本的锂金属电池的需求日益迫切。其中锂离子电池隔膜扮演着极其关键和重要的角色。隔膜位于电池的正负极之间，起绝缘作用，并通过储存电解液提供离子导电的通路。因此，隔膜的材料、孔结构、孔隙率、拉伸强度、热稳定性、润湿性和厚度等因素对电池的性能都有显著的影响。特别是隔膜的厚度，薄的隔膜可以容纳电池充放电过程中的体积膨胀，且从成本角度来看薄的隔膜将在一定程度上降低成本。因此薄而坚固的隔膜具有广泛应用于下一代高容量、高安全、低成本锂电池的潜力。
[0003]除了厚度之外，隔膜的热稳定性也是控制电池安全性的决定因素之一。电池在循环过程中，随着热量的积累，温度升高，高温会导致隔膜收缩甚至融化，造成严重的安全事故。近年来，为了提高复合隔膜的热稳定性，将耐热陶瓷材料如Al2O3、SiO2和TiO2引入到隔膜中。这些陶瓷颗粒的掺入在一定程度上提高了复合隔膜的热稳定性，但它大大增加电池的成本和体积比，更不用说陶瓷材料和电解液之间的不兼容造成的电池放电比容量大幅度下降。良好的润湿性可以增加隔膜的吸液率，降低Li
+
传递时的阻抗，聚乙烯和聚丙烯由于其化学稳定性而被作为商业主流隔膜，然而疏水性和热稳定性差是阻碍其进一步大规模应用的绊脚石，也是电池不稳定和不安全的因素之一。提高隔膜性能主要有两个方面：一是在传统聚烯烃的基础上进行改性，在聚烯烃表面涂覆或接枝有机/无机材料来设计复合隔膜。另一种是寻找新的材料，但目前基于新材料的隔膜仍然不能同时满足对理想隔膜的所有期望性能。因此，提供一种新型兼顾高机械强度和润湿性复合隔膜材料及其制备方法是十分必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了解决现有聚乙烯基锂金属电池复合隔膜在热稳定性、润湿性、传输锂离子的能力以及稳定性方面存在的不足，提供一种复合隔膜材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种复合隔膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1，将聚砜类添加剂、聚偏氟乙烯类添加剂和溶剂混合，加热搅拌至完全溶解，冷却至室温得到添加剂溶液；
[0008]S2，将隔膜基材浸泡在添加剂溶液中，充分润湿后取出薄膜；
[0009]S3，将薄膜平铺于玻璃板上，用刮刀将表面多余的浆料刮除，真空干燥8
‑
12h，得到复合隔膜。
[0010]进一步限定，聚砜类添加剂为聚砜、聚醚砜、聚苯砜中一种或两种以上以任意比例
混合。
[0011]进一步限定，聚偏氟乙烯类添加剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚偏氟乙烯
‑
三氟氯乙烯中一种或两种以上以任意比例混合。
[0012]进一步限定，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺中一种或两种以上以任意比例混合。
[0013]进一步限定，聚砜类添加剂和聚偏氟乙烯类添加剂的质量之和为添加剂溶液总质量的10％。
[0014]更进一步限定，聚砜类添加剂质量为添加剂溶液总质量的3％～7％。
[0015]更进一步限定，聚偏氟乙烯类添加剂质量为添加剂溶液总质量的3％～7％。
[0016]进一步限定，S1中加热温度为50℃～80℃。
[0017]进一步限定，S1中搅拌时间为30
‑
60min。
[0018]本专利技术的目的之二是提供一种复合隔膜材料，该复合隔膜材料采用上述方法制备，该复合隔膜材料旨在充分提高隔膜热稳定性、润湿性和均匀传输锂离子的能力及电池的长期稳定充放电性能。
[0019]本专利技术的目的之三是提供上述复合隔膜材料的应用，该复合隔膜材料用作一次电池或二次电池隔膜材料。
[0020]本专利技术将PE浸渍在PSU(聚砜)和PVDF(聚偏氟乙烯)的混合浆料中，PSU与PVDF填充PE不均匀的孔径使得PESV具有更高的孔隙率，更加均匀的孔分布，合理的设计了厚度为16μm的PESV超稳定复合隔膜，且刚性、热稳定性良好的PSU及亲电解液的PVDF使得PESV复合隔膜同时兼顾高机械强度和润湿性，在电池中能够长期稳定循环。与现有技术相比本专利还具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术采用具有大量苯环的刚性聚砜材料PSU作为隔膜添加剂之一，该添加剂浸泡PE隔膜使得制备的复合隔膜的机械强度得到大幅度提高，达到125MPa；且聚砜材料PSU热稳定性能良好，同时还可以大幅提高复合隔膜的热稳定性。此外，聚砜PSU与锂离子结合能较强，这使得复合隔膜能够均匀传输锂离子，使所组装的锂离子电池能够长期稳定循环而没有明显锂枝晶的生成。其中，锂离子电池为磷酸铁锂或钴酸锂正极对锂负极半电池。
[0022](2)本专利技术采用电解液润湿性优异的聚偏氟乙烯PVDF作为另一种隔膜添加剂，使制备的复合隔膜的润湿性得到明显改善，所组装的锂离子电池的阻抗降低。其中，锂离子电池为磷酸铁锂或钴酸锂正极对锂负极半电池。
[0023](3)本专利技术提供的复合隔膜的制备简单，易于实现，还具有生产效率高，制造成本低等优点。
附图说明
[0024]图1为实施例4制备的复合隔膜PESV与商用聚乙烯PE的应力
‑
应变对比图；
[0025]图2为实施例4制备的复合隔膜PESV与商用聚乙烯PE的吸液率对比图；
[0026]图3为实施例4制备的复合隔膜PESV的电解液接触角示意图；
[0027]图4为商用聚乙烯PE的电解液接触角示意图；
[0028]图5为采用PESV和PE分别作为隔膜组装的不锈钢(SS)||Li电池的LSV图；
[0029]图6为采用PESV和PE分别作为隔膜组装Li/Li对称电池稳定循环性能图；
[0030]图7为采用PESV和PE分别作为隔膜组装的LFP/Li半电池长循环性能图；
[0031]图8为实施例4制备的复合隔膜PESV与商用聚乙烯PE的热稳定性对比图。
具体实施方式
[0032]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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
[0034]以下实施例涉及药品的厂家、型号为:
[0035]聚砜PSU化学式为[C6H4‑4‑
C(CH3)2C6H4‑4‑
OC6H4‑4‑
SO2C6H4‑4‑
O]n
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种复合隔膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将聚砜类添加剂、聚偏氟乙烯类添加剂和溶剂混合，加热搅拌至完全溶解，冷却至室温得到添加剂溶液；S2，将隔膜基材浸泡在添加剂溶液中，充分润湿后取出薄膜；S3，将薄膜平铺于玻璃板上，用刮刀将表面多余的浆料刮除，真空干燥8
‑
12h，得到复合隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚砜类添加剂为聚砜、聚醚砜、聚苯砜中一种或两种以上以任意比例混合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚偏氟乙烯类添加剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚偏氟乙烯
‑
三氟氯乙烯中一种或两种以上以任意比例混合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，溶剂为N
...
【专利技术属性】
技术研发人员：何伟东，杨梦邱，刘远鹏，东立伟，董运发，杨春晖，韩杰才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。