一种隔膜及包括该隔膜的锂离子电池制造技术

本申请涉及锂离子电池领域，具体公开了一种隔膜及包括该隔膜的锂离子电池。一种隔膜包括纸基复合隔膜基材和双交联网络涂覆材料，所述纸基复合隔膜基材由以下重量份的原料组成：卫生纸，丙酮，N,N

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜及包括该隔膜的锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池隔膜领域，更具体地说，它涉及一种隔膜及包括该隔膜的锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着储能锂离子电池的发展，电池所需达到的能量密度、放电效率、充放电电压等性能要求进一步提高。因此，电池的各部件也同时面临着性能提升的要求。作为拥有锂离子电池“第三电极”之称的隔膜，商业应用最为广泛的依然还是传统的聚烯烃类隔膜。然而，这类聚烯烃隔膜对于快速导锂、性能稳定、安全保障等一系列要求早已不能满足。在各种新型隔膜中，无纺布类隔膜以其独特的结构优势和易于大规模生产的特点脱颖而出。然而在应用于电池隔膜之前，无纺布由于固有的孔径缺陷需要进行进一步表面改性。
[0003]卫生纸是由湿法造纸过程形成的纤维素类无纺布，其环境友好、亲液性强、热稳定性优异，近年来受到电池领域的广泛关注。
[0004]相关技术中，由于电池内部结构在工作中处于强氧化还原的环境，作为隔膜材料必须能够有充分的电化学稳定性能，这不仅是隔膜保持其结构稳定的基础，同时也是能保持其隔绝正负极功能完备的前提条件，但是以纸为支撑材料形成的纤维素类无纺布的稳定性差，不能循环使用。

技术实现思路

[0005]为了提高为支撑材料形成的纤维素类无纺布隔膜的稳定性，本申请提供一种隔膜及包括该隔膜的锂离子电池。
[0006]第一方面，本申请提供一种隔膜及包括该隔膜的锂离子电池，采用如下的技术方案：一种隔膜，包括纸基复合隔膜基材和双交联网络涂覆材料，所述纸基复合隔膜基材由以下重量份的原料组成：卫生纸10
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25份，丙酮5
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8份，N,N
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二甲基甲酰胺10
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15份，纳米二氧化硅8
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12份，交联剂6
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15份；所述双交联网络涂覆材料包括聚二甲基硅氧烷二缩水甘油醚、改性超支化聚乙烯亚胺和聚偏氟乙烯
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六氟丙烯。
[0007]通过采用上述技术方案，由于采用基于双交联网络涂层改性纸基复合隔膜，以聚二甲基硅氧烷二缩水甘油醚为主体的交联涂层很好的解决了隔膜的热力学稳定性，并通过和改性超支化聚乙烯亚胺比例的调控得到了不错的力学性能，将聚偏氟乙烯
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六氟丙烯重新引入到交联涂层之中，并通过与改性超支化聚乙烯亚胺中剩余氨基之间的化学交联形成三维的双交联分子网络，并通过各组分比例的调整达到对隔膜不同性能的调控。稳定的交联结构得到了很好的理化性质，并通过电池的装配及测试表征出了隔膜优异的电化学性质及循环性能。
[0008]通过含有丰富氨基的超支化聚乙烯亚胺与环氧官能化的聚二甲基硅氧烷二缩水
甘油醚以及聚偏氟乙烯
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六氟丙烯之间通过化学反应产生双交联分子网络，构筑了结构稳定的三维交联网状大分子涂层，选取具有高亲液性和优异热稳定性的纤维素为主体的卫生纸为基底，通过改性超支化聚乙烯亚胺中丰富氨基与生物基材料纤维素分子中丰富极性官能团之间形成氢键相互作用而使基底与涂层之间能够紧密粘合。
[0009]卫生纸基材的选取使得隔膜拥有了高亲液、高保液、高热尺寸稳定性能的基调，同时能够很好的控制住复合隔膜的生产成本。支链改性超支化聚乙烯亚胺的选择使得涂层和隔膜之间能够时刻保持良好粘结。
[0010]同时聚偏氟乙烯
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六氟丙烯赋予隔膜良好的介电性能和电化学稳定性能，聚二甲基硅氧烷二缩水甘油醚赋予涂层很好的热稳定性，两者与改性超支化聚乙烯亚胺共同构筑的双交联体系使得涂层的分子结构在电池整个运行过程中保持稳定，同时通过交联比例的调控实现对涂层模量的控制，使隔膜拥有合适的力学性能。三维双交联涂层网络能够在各方面展现出卓越的性能优势。因此，获得提高为支撑材料形成的纤维素类无纺布隔膜的稳定性的效果。
[0011]优选的，所述改性超支化聚乙烯亚胺由以下重量份的原料组成：5
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15份双丙酮丙烯酰胺，12
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20份有机胺类单体，2
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5份引发剂，10
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15份过氧化氢，5
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8份甲醛。
[0012]通过采用上述技术方案，改性超支化聚乙烯亚胺通过双丙烯酰胺类单体与多胺类单体通过迈克尔加成反应制备，超支化聚合物呈三维空间的高度支化结构和多端基官能团等特点,与分离膜材料的二维网状结构相比,独特的立体交联结构能够有效提高复合膜的分离性能，超支化聚乙烯亚胺本身水溶性好且结构中含有大量易于修饰的胺基，这些优良特性使之被广泛应用于不同研究领域，将超支化的聚乙烯亚胺经H2O2氧化后再与甲醛发生交联反应，制备得到了水溶性好、稳定性高而且还能够发射蓝色荧光的非共轭聚合物纳米颗粒，进而提高了隔膜的稳定性。
[0013]优选的，所述改性超支化聚乙烯亚胺，包括以下改性步骤：(1)将双丙酮丙烯酰胺和有机胺类单体混合，加入引发剂，搅拌制得聚合物；(2)在聚合物中加入过氧化氢，氧化后制得聚合基体；(3)聚合基体与甲醛交联，最终制得改性超支化聚乙烯亚胺。
[0014]通过采用上述技术方案，双丙酮丙烯酰胺和有机胺类单体在引发剂的作用下制得超支化聚乙烯亚胺，超支化聚乙烯亚胺与带负电荷的单体在溶液中复合，引发该单体聚合，当分子量达到足够大的值时，超支化大分子具有球形结构，球体外层是大量的端基，分子被裹在球内。分子内部存在空腔，能够负载其他物质，可用来制备分子胶束或充当纳米反应器，由于超支化聚乙烯亚胺中包含大量的氨基，因此可以利用超支化聚乙烯亚胺分子中的氨基为活性位点，进行各种各样的修饰和功能化反应，改性后超支化聚乙烯亚胺的不仅保持了原有了性质，而且使得其运用的范围更广。
[0015]优选的，所述引发剂为过氧化苯甲酰。
[0016]通过采用上述技术方案，超支化聚乙烯亚胺由氮杂环丙烷聚合而成，其改性超支化聚乙烯亚胺分子结构中包含有大量的胺基，其中在结构中，其伯胺、仲胺和叔胺的摩尔比例为1：2：1，将其直接溶于水，则水溶液呈碱性，而在酸性和中性的溶液中，由于其分子结构中包含有大量的胺基而呈现质子化状态，故而改性超支化聚乙烯亚胺可以称为一种高阳离子电荷密度的有机聚合物大分子，而且胺基和羟基之间可以生成氢键，胺基和羧基之间可
以形成离子键，同时由于改性超支化聚乙烯亚胺本身的结构中不仅有胺基(亲水基团)，同时又具有乙烯基(疏水基团)，因此其本身可以与多种物质相结合，具有较髙的附着性能，进而通过引发剂使得性能更好，使得改性后的超支化聚乙烯亚胺粘结性更好，形成的隔膜稳定性更好。
[0017]优选的，所述交联剂选用六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺中的一种或几种。
[0018]通过采用上述技术方案，适当含量的交联剂可以调节卫生纸基材的亲水性和改性超支化聚乙烯亚胺相互连接的孔隙结构的形成，但对孔隙率的影响可以忽略不计，这可以使吸附的电解液迅速渗入并扩散到隔膜中，同时可以降低聚合物涂层中聚偏氟乙烯
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六氟丙烯的结晶度，这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括纸基复合隔膜基材和双交联网络涂覆材料，所述纸基复合隔膜基材由以下重量份的原料组成：卫生纸10
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25份，丙酮5
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8份，N,N
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二甲基甲酰胺10
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15份，纳米二氧化硅8
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12份，交联剂6
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15份；所述双交联网络涂覆材料包括聚二甲基硅氧烷二缩水甘油醚、改性超支化聚乙烯亚胺和聚偏氟乙烯
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六氟丙烯。2.根据权利要求1所述的一种隔膜，其特征在于：所述改性超支化聚乙烯亚胺由以下重量份的原料组成：5
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15份双丙酮丙烯酰胺，12
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20份有机胺类单体，2
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5份引发剂，10
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15份过氧化氢，5
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8份甲醛。3.根据权利要求1所述的一种隔膜，其特征在于：所述改性超支化聚乙烯亚胺，包括以下改性步骤：（1）将双丙酮丙烯酰胺和有机胺类单体混合，加入引发剂，搅拌制得聚合物；（2）在聚合物中加入过氧化氢，氧化后制得聚合基体；（3）聚合基体与甲醛交联，最终制得改性超支化聚乙烯亚胺。4.根据权利要求1所述的一种隔膜，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰。5.根据权利要求1所述的一种隔膜，其特征在于：所述交联剂选用六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桥，
申请(专利权)人：刘桥，
类型：发明
国别省市：