一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法技术

本发明专利技术为一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法。该方法包括如下步骤：将海藻酸钠加入到水，在室温下搅拌6

【技术实现步骤摘要】
一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜的材料，属于高分子材料制备的
；本专利技术同时涉及该隔膜材料在锂离子电池中对电池的电化学性能的研究，属于电化学检测


技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)具有高能量密度、长寿命、无记忆效应和环境友好的特点被广泛应用于新能源汽车和3C便携式电子产品。其中，隔膜能够隔断正负极防止短路并传输锂离子，对于保障电池的安全运行起着至关重要的作用。目前，锂电池隔膜主要使用的是聚烯烃类隔膜，尽管聚烯烃隔膜机械强度高、价格廉价且在高温下具备热闭孔性，但其熔融温度较低、热稳定性和电解液浸润性差，从而严重影响锂离子电池的电化学性能和安全性。
[0003]在LIBs实际运行过程中隔膜不仅要具备热稳定性，在高温下维持尺寸稳定，还要在电池发生热失控时切断锂离子的传输，强制关机。Yuan等人通过在PE隔膜表面浸渍涂覆胶体SiO2纳米颗粒使隔膜在150℃处理下无热收缩。(Enhanced thermal stability and lithium ion conductivity of polyethylene separator by coating colloidal SiO
2 nanoparticles with porous shell.10.1016/j.jcis.2019.06.102)Cheng利用同轴静电纺丝合成PMIA@PVDF纳米纤维隔膜，离子电导率达1.7mS cm
‑1，在180℃处理下，PVDF外壳可以熔化并完全堵塞隔膜。(Anovel core
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shell structured poly
‑
m
‑
phenyleneisophthalamide@polyvinylidene fluoride nanofiber membrane for lithium ion batteries with high
‑
safety and stable electrochemical performance.10.1016/j.electacta.2019.01.115)以聚烯烃为基膜进行改性，热稳定性能的提升有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前聚烯烃隔膜热稳定性差，在高温下尺寸收缩严重，影响LIBs安全的问题，开发了一种PMIA和Na
‑
Alg复合多孔隔膜的制备方法。该方法将PMIA作为热稳定性材料的支撑骨架，Na
‑
Alg(海藻酸钠)作为涂覆层改善隔膜润湿性的同时，使隔膜具备热闭孔的特性。该复合多孔膜的制备方法中，首先通过非溶剂相转化方法制备出海绵状均匀多孔的PMIA隔膜，将Na
‑
Alg浆液涂敷在PMIA隔膜表面，两种材料的结合使隔膜兼具热稳定性和热闭孔的性能，将此复合多孔膜用作锂离子电池隔膜，提高电池的电化学性能。
[0005]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法，该方法包括如下步骤：
[0007](1)将海藻酸钠加入到水，在室温下搅拌6
‑
20h，然后加入非离子表面活性剂，继续搅拌2
‑
12h，得到海藻酸钠涂覆液；
[0008]其中，海藻酸钠涂覆液含有0.5wt.％
‑
5wt.％的海藻酸钠、0.5wt.％
‑
5wt.％的非离子表面活性剂；
[0009]所述非离子表面活性剂为吐温80、吐温60、吐温20、月桂基磷酸酯、油醇、十八醇、聚甘油硬脂酸酯、聚甘油油酸酯中的一种或多种，特别优选的所述非离子表面活性剂为吐温80。
[0010](2)将海藻酸钠涂覆液超声处理1
‑
5h，然后涂覆在PMIA多孔膜上，涂覆厚度为20μm
‑
200μm，静置2
‑
10h，再在60
‑
150℃真空干燥2～18h，即可得到Na
‑
Alg/PMIA复合隔膜。
[0011]所述的PMIA膜为非对称海绵状多孔膜，厚度为30
‑
35μm，吸液率为166％，孔隙率为40％～60％。
[0012]所述的锂离子电池的正极材料为LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4中的一种或多种，负极材料为锂片、石墨、钛酸锂中的一种或多种；
[0013]电解液的溶质为LiPF6，LiClO4，LiAsF6锂盐中的一种或多种，溶剂为EC、PC、DMC、DEC中的一种或多种。
[0014]本专利技术的有益效果在于：
[0015](1)本专利技术方法制备的Na
‑
Alg/PMIA复合隔膜工艺简单，在200℃的高温下可以热闭孔且维持尺寸完整性，大大降低了LIBs的热失控爆炸风险。
[0016](2)Na
‑
Alg的加入，改善了电池隔膜的润湿性，与纯PMIA膜相比，锂离子电池的离子电导率由0.52mS cm
‑1提高到了1.26mS cm
‑1，提升了锂离子电池的电化学性能(在0.2C下循环50圈后，容量保留率由77.5％提升到84.3％；在2C下放电比容量提升了36.4％)。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例2制备得到的Na
‑
Alg/PMIA复合隔膜和PMIA隔膜的SEM图；其中，图1a为PMIA膜的表面形貌图，图1b为Na
‑
Alg/PMIA复合隔膜的表面形貌图，图1c为PMIA膜的断面形貌图，图1d为Na
‑
Alg/PMIA复合隔膜的断面形貌图；
[0018]图2为本专利技术实施例2制备得到的Na
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Alg/PMIA复合隔膜和PMIA隔膜在热处理前后的尺寸变化图。
[0019]图3为本专利技术实施例2制备得到的Na
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Alg/PMIA复合隔膜在热处理后的SEM图。
[0020]图4为本专利技术实施例4制备得到Na
‑
Alg/PMIA复合隔膜和PMIA隔膜组装为锂离子电池的循环性能测试图。
[0021]具体实施方法
[0022]本专利技术下述实施例中所使用的正极材料为LiCoO2。
[0023]以下实施例使用的PMIA(聚间苯二甲酰间苯二胺)膜为公知材料，为非对称海绵状多孔膜，厚度为30
‑
35μm，吸液率为166％，孔隙率达58％。其制备采用非溶剂相转化法，通过阶梯凝固浴成型的方式，将刮涂好的PMIA铸膜液置于第一级凝固浴DMAc/Gl(v:v＝7/3)中10s后取出立即放入第二级凝固浴DMAc/H2O(v:v＝3/7)20s后成型取出，洗涤数次。但不限于此。
[0024]对比例1
[0025]将PMIA隔膜经过干燥处理后，用冲片机压成19mm的圆片，组装成CR2032扣式电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法，其特征为该方法包括如下步骤：(1)将海藻酸钠加入到水，在室温下搅拌6
‑
20h，然后加入非离子表面活性剂，继续搅拌2
‑
12h，得到海藻酸钠涂覆液；其中，海藻酸钠涂覆液含有0.5wt.％
‑
5wt.％的海藻酸钠、0.5wt.％
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5wt.％的非离子表面活性剂；(2)将海藻酸钠涂覆液超声处理1
‑
5h，然后涂覆PMIA多孔膜上，涂覆厚度为20μm
‑
200μm，静置2
‑
10h，再在60
‑
150℃真空干燥2～18h，即可得到Na
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：李银辉，胡雪，陈赞，段翠佳，贾帅天，孙英雪，李亚朋，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：