一种多孔材料涂层离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔材料涂层离子电池隔膜，所述隔膜包括基膜及涂覆于基膜表面的涂层，涂层的主体材料为普鲁士蓝，且涂层中具有含大量微孔道的微观结构，涂层的孔隙率为40％

【技术实现步骤摘要】
一种多孔材料涂层离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于离子电池
，具体涉及一种具有多孔材料涂层的离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]离子电池主要包括锂离子电池和钠离子电池，通过离子在正负极之间穿梭来实现充放电，是一类典型的摇椅式电池。该类电池具备优异的循环性能和高的能量密度。随着科学技术的进步和化石能源的短缺，离子电池已经在各个领域中得到了广泛的应用。目前的离子电池主要以液态离子电池为主，由正负极，隔膜和电解液组成。
[0003]隔膜是离子电池的重要组成部分，能够起到离子导通和电子绝缘的作用。目前商用的隔膜主要为聚烯烃材料，该类材料对于电解液的浸润性较差，并且在高温条件下会产生巨大的蜷缩。因此电池在长时间过热甚至热失控的情况下，隔膜将无法继续起到阻隔正负极的作用，会导致电池短路甚至出现燃烧和爆炸等情况。
[0004]因此，结合电池隔膜存在的上述问题，针对性的制备多功能隔膜是非常有必要的。目前在隔膜上涂覆涂层是一种最常见的改性方法，该方法不仅经济简便，还能够将涂层材料的特殊性能赋予基膜，以满足当前离子电池生产发展的需要。
[0005]氧化铝、伯姆石是目前最常见的离子电池使用的涂层材料，这两类材料均能够有效提高材料的耐热性和抗刺穿性，同时还能在一定程度上改善隔膜的浸润性。但同时这种涂层材料也会阻碍离子的迁移，进而降低电池的效率和离子电导率。
[0006]普鲁士蓝是一种多孔配位化合物，根据制备原料不同主要分为钾铁蓝与铵铁蓝两种。普鲁士蓝具有着色力强，离子传导迅速，比容量高，吸附性好和热稳定性良好等优势，目前主要被应用于着色剂、离子电池正极材料、吸附剂以及催化剂等方面。结合普鲁士蓝的上述优点，专利技术人在本申请中探索了将普鲁士蓝用于离子电池隔膜涂层材料，利用普鲁士蓝材料提高隔膜体系的热稳定性，降低离子电池发生热失控、燃烧等安全隐患的几率。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中聚烯烃等材料的隔膜在高温条件热稳定性差、导致电池在长时间过热甚至热失控的情况下、隔膜将无法继续起到阻隔正负极的作用，导致电池短路甚至出现燃烧和爆炸等问题，本专利技术的目的在于提供一种具有多孔材料涂层的离子电池复合隔膜及其制备方法。本专利技术提供的复合隔膜在改善隔膜的电解液吸附能力、浸润性以提高离子导通交换性能的同时，有效的提高了隔膜体系的热稳定性，降低离子电池发生热失控，燃烧等安全隐患的几率。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了下述技术方案。
[0009]首先，本专利技术提供了一种离子电池隔膜，所述离子电池隔膜包括基膜及涂覆于基膜表面的涂层。所述涂层由普鲁士蓝和粘结剂以及溶剂混合形成的涂覆料涂覆于基膜表面形成，且所形成的涂层具有微孔道的微观结构。
[0010]进一步地，其中涂覆于基膜表面的涂层可以是单面涂层、也可以是双面涂层，优选为双面涂层。
[0011]进一步地，构成所述涂层的材料中，普鲁士蓝和粘结剂的质量比为80
‑
100：0
‑
20。
[0012]其中所述的普鲁士蓝为选自铵铁蓝与钾铁蓝中的至少一种。
[0013]其中所述的粘结剂选自聚偏二氟乙烯、丁苯胶乳、硅溶胶，聚氨酯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯，聚乙烯基乙醚，聚丙烯酸，海藻酸钠中的一种或多种。
[0014]所述的溶剂选自水、乙醇、异丙醇、甲醇、N
‑
甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯中的一种或多种。
[0015]所述基膜为PE、PP、玻璃纤维、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等中的一种。所述基膜的厚度为1
‑
50μm。
[0016]其中，所述涂层的厚度为1
‑
200μm，涂层的厚度通过调整浆料的粘稠度以及更换不同厚度的涂覆模具来实现。
[0017]其中所述涂层的孔隙率为40％
‑
80％。
[0018]专利技术人在本申请中围绕如何改善离子电池隔膜体系的热稳定性进行探索。现有技术中，通常采用阻燃材料、利用材料的阻燃性来达到电池体系的热稳定、防止电池热失控、燃烧和爆炸等问题。相比，本申请中专利技术人选择了普鲁士蓝作为隔膜的主体涂层材料，而普鲁士蓝材料本身并不具备阻燃性，因此使用其作为涂层材料并不能通过赋予隔膜体系阻燃性来达到维持电池热稳定性的目的。本专利技术使用普鲁士蓝作为隔膜的主体涂层材料来防止或者降低电池短路甚至出现燃烧和爆炸等问题，其思路依据主要如下所述。
[0019]普鲁士蓝作为一种配位化合物，CN
‑
呈现出典型的双端基配位，Fe
2+
与Fe
3+
分别与CN
‑
的碳端与氮端相连，形成了以Fe
2+
—C≡N—Fe
3+
为基体的聚合骨架结构，并且在合成过程中能够形成了大量的八面体孔道结构。基于普鲁士蓝的上述配位结构和合成过程可形成大量的孔道结构的特点，专利技术人研究了普鲁士蓝在高温下配位结构和孔道结构的变化。普鲁士蓝在热空气中的分解过程主要分为三个阶段，第一个阶段为吸附水与结晶水的脱除；第二个阶段为Fe
2+
氧化为Fe
3+
；第三个阶段为C≡N
‑
的断裂。其中前两个阶段并不会破坏普鲁士蓝的配位结构，仍然能够保持自身的强度以及八面体孔道的尺寸，虽然双端基配位在一定程度上降低了C≡N
‑
断裂所需要的温度，但是其断裂温度仍要高于300℃。也就是说，普鲁士蓝的配位结构和微观的孔道结构都具有很好的热稳定性。
[0020]专利技术人基于以上，在本申请中利用普鲁士蓝的配位结构和微观孔道结构等自身结构在高温条件下热分解过程中的完整性、稳定性，探索以普鲁士蓝作为离子电池隔膜的涂层主体材料、实现有效改善电池体系的热稳定性，降低离子电池发生热失控，燃烧等安全隐患的几率。首先，以普鲁士蓝作为离子电池隔膜的涂层主体材料，普鲁士蓝在高温条件下能够维持自身孔道结构的完整，因此能够在隔膜的基膜收缩时提供一个反向的抑制力，改善整个隔膜体系的热稳定性；进一步地，整体隔膜体系的热稳定性越好，隔膜在高温发生收缩的比例就越小，能够继续隔离正负极，防止正负极的直接接触，防止由于隔膜蜷缩导致的电池内部短路，燃烧与爆炸。
[0021]另一方面，利用普鲁士蓝作为隔膜涂层材料降低电池短路、燃烧等风险的同时，还能改善隔膜的电解液吸附能力、浸润性以提高离子导通交换性能。首先，普鲁士蓝由于其存在大量的均匀致密的孔道结构，能够为电解液的吸附，储存，释放提供大量的位点，并且在
循环过程中，吸附的电解液也能够参与电化学反应以及离子运输的过程，能够有效提高离子的迁移速率；另外，普鲁士蓝作中的CN
‑
基团中存在孤对电子，能够有效吸附浸润有机电解液，并且与电解液有更好的亲和度。
[0022]本专利技术还提供了上述离子电池隔膜的制备方法，该方法制备工艺简单，且主要所用的普鲁士蓝原料来源广泛，是一种经济易得的材料。制备方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔材料涂层离子电池隔膜，其特征在于：所述离子电池隔膜包括基膜及涂覆于基膜表面的多孔材料涂层；形成所述多孔材料涂层的涂覆材料以普鲁士蓝为主体材料；所述涂层具有包含大量微孔道的微观结构。2.根据权利要求1所述的一种多孔材料涂层离子电池隔膜，其特征在于：所述涂层的孔隙率为40％
‑
80％。3.根据权利要求1所述的一种多孔材料涂层离子电池隔膜，其特征在于：涂覆于基膜表面的多孔材料涂层为双面涂层。4.根据权利要求1所述的一种多孔材料涂层离子电池隔膜，其特征在于：所述的普鲁士蓝选自铵铁蓝与钾铁蓝中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种多孔材料涂层离子电池隔膜，其特征在于：形成所述多孔材料涂层的涂覆材料以普鲁士蓝和粘结剂、溶剂混合形成，其中普鲁士蓝和粘结剂的质量比为80
‑
100：0
‑
20。6.根据权利要求5所述的一种多孔材料涂层离子电池隔膜，其特征在于：所述的粘结剂选自聚偏二氟乙烯、丁苯胶乳、硅溶胶，聚氨酯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯，聚乙烯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张漩，潘宏伟，王艳南，
申请(专利权)人：浙江汶纳新材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：