复合隔膜及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种复合隔膜及其制备方法、锂离子电池。上述复合隔膜包括隔膜基体和设置在隔膜基体至少一个表面的涂层，涂层的材料包括改性聚偏氟乙烯，改性聚偏氟乙烯的结构式如下所示：；其中，m及n均为整数。上述改性聚偏氟乙烯通过将苯乙烯基双磺酰亚胺基团接枝到聚偏氟乙烯上，从而在聚偏氟乙烯上引入磺酰亚胺基团，磺酰亚胺基团两端通过化学键与具有高度负电荷离域的苯环连接而增强了整个结构的电子离域程度，使得Li

【技术实现步骤摘要】
复合隔膜及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池材料领域，特别是涉及一种复合隔膜及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]隔膜在锂离子电池中具有分隔正负极，防止电池内部正负极短路的作用，其性能决定电池的循环性能和安全性能等，但是专利技术人在实验中发现，现阶段锂离子电池用隔膜对锂离子的传输能力有限，一定程度上会影响正负极主材的电化学性能的发挥。随着锂离子电池越来越高的倍率需求，需要开发具有更高传导锂离子能力的隔膜。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要提供一种能够提高离子传导能力的复合隔膜及其制备方法。
[0004]此外，还有必要提供一种包括复合隔膜的锂离子电池。
[0005]一种复合隔膜，包括隔膜基体和设置在所述隔膜基体至少一个表面的涂层，所述涂层的材料包括改性聚偏氟乙烯，所述改性聚偏氟乙烯的结构式如下所示：；其中，m及n均为整数。
[0006]上述改性聚偏氟乙烯通过将聚苯乙烯基双磺酰亚胺基团链段引入到聚偏氟乙烯链段上，磺酰亚胺基团两端通过化学键与具有高度负电荷离域的苯环连接而增强了整个结构的电子离域程度，使得Li
+
易解离，同时稳定性较好，使得改性聚偏氟乙烯具有较强的传导锂离子的作用，作为隔膜涂层能使复合隔膜具有较好的传导锂离子作用，提高锂离子电池的倍率性。
[0007]在其中一些实施例中，47:1≤n:m≤254:1。
[0008]传统提高隔膜离子传导能力的方法是通过生产工艺提高隔膜的孔隙率和孔径，使
隔膜对离子具有更好的透过性，但会降低隔膜的机械强度和导致自放电，影响电池的安全性能和存储性能。在本实施方式中，进一步通过调整聚偏氟乙烯链段和聚苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐链段的比例，能够在不影响聚偏氟乙烯性能的同时，提高传导锂离子能力，使得复合隔膜，能够在提高锂离子传导能力的同时，保证拉伸强度、透气性和粘结力。
[0009]在其中一些实施例中，47:1≤n:m≤233:1。聚偏氟乙烯链段和聚苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐链段的重复单元数的比值在上述范围内，能够在保证拉伸强度、透气性和粘结力的同时，进一步提高复合隔膜的锂离子传导能力。
[0010]在其中一些实施例中，所述改性聚偏氟乙烯的重均分子量M
w
为55万≤M
w
≤100万，分子量分布PDI为1.7≤PDI≤3.0。
[0011]在其中一些实施例中，所述改性聚偏氟乙烯通过如下步骤制备：将偏氟乙烯和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐进行共聚，制备所述改性聚偏氟乙烯；以偏氟乙烯和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的总质量为100%，偏氟乙烯的质量百分比W1为90%≤W1≤98%，苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的质量百分比W2为2%≤W2≤10%。
[0012]上述改性聚偏氟乙烯通过将偏氟乙烯单体和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐进行共聚，将苯乙烯基双磺酰亚胺基团引入到聚偏氟乙烯链上，从而在聚偏氟乙烯上引入磺酰亚胺基团，磺酰亚胺基团两端通过化学键与具有高度负电荷离域的苯环连接而增强了整个结构的电子离域程度，使得Li
+
易解离，同时稳定性较好，使其具有较强的传导锂离子的作用，作为隔膜涂层能使隔膜具有较好的传导锂离子作用，提高锂离子电池的倍率性。且上述制备方法工艺简单，易于工业化生产。
[0013]进一步地，通过调整聚合单体中偏氟乙烯单体和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐单体的比例，能够在不影响聚偏氟乙烯性能的同时，提高传导锂离子能力，在应用在复合隔膜时，能够在提高锂离子传导能力的同时，保证拉伸强度、透气性和粘结力。
[0014]在其中一些实施例中，90%≤W1≤95%，5%≤W2≤10%。偏氟乙烯单体和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐单体质量百分比在上述范围内，能够在保证拉伸强度、透气性和粘结力的同时，进一步提高复合隔膜的锂离子传导能力。
[0015]在其中一些实施例中，共聚反应的温度T1为50℃≤T1≤70℃，共聚反应的压力P为3.5MPa≤P≤5MPa，共聚反应的时间t1为5h≤t1≤8h。
[0016]通过控制聚合过程，能够控制改性聚偏氟乙烯的分子量及分子量分布，优化改性聚偏氟乙烯的性能。
[0017]在其中一些实施例中，采用自由基悬浮聚合的方式进行共聚，在共聚的过程中，还加入了水、油溶性引发剂、分散剂和链转移剂。
[0018]在悬浮聚合中，聚合单体在搅拌和分散剂共同作用下，以液滴形式悬浮在分散介质水中，使用油溶性引发剂，使该引发剂进入单体液滴、引发聚合反应，聚合产物树脂以固体粒子形式沉析出来。采用悬浮聚合的方式所制备的聚合物粒子上吸附的分散剂量少，较容易脱除，产物纯度高，且后处理工序简单。
[0019]在其中一些实施例中，所述改性聚偏氟乙烯的制备步骤满足以下条件中的至少一个：（1）所述油溶性引发剂的质量占所述偏氟乙烯和所述苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的总质量的百分比X为0.5%≤X≤2%；
（2）所述分散剂的质量占所述偏氟乙烯和所述苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的总质量的百分比Y为0.5%≤Y≤2%；（3）所述链转移剂的质量占所述偏氟乙烯和所述苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的总质量的百分比Z为1%≤Z≤3%。
[0020]通过控制聚合过程中各添加剂的加入量，能够控制改性聚偏氟乙烯的分子量及分子量分布，优化改性聚偏氟乙烯的性能。
[0021]在其中一些实施例中，所述复合隔膜满足以下条件中的至少一个：（1）单面涂层的厚度d1为1μm≤d1≤4μm；（2）所述隔膜基体的厚度d2为16μm≤d2≤20μm；（3）所述隔膜基体包括聚烯烃类隔膜。
[0022]在上述厚度下，复合隔膜具有较好的离子传导能力、拉伸强度和透气性。
[0023]一种复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：在隔膜基体的至少一个表面涂布含有改性聚偏氟乙烯的浆料，经干燥后制备得到复合隔膜，所述改性聚偏氟乙烯的结构式如下所示：；其中，m及n均为整数。
[0024]上述复合隔膜的制备方法通过简单涂布的方式在隔膜基体表面形成涂层，工艺简单，易于工业化生产。且利用改性聚偏氟乙烯为涂层，较单纯的隔膜基体而言，离子电阻降低，提高了锂离子传导能力。此外，通过调整涂层的组成，还能够保证拉伸强度和透气性。
[0025]在其中一些实施例中，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：（1）所述含有改性聚偏氟乙烯的浆料的溶剂包括N,N
‑
二甲基吡咯烷酮；（2）干燥的温度T2为60℃≤T2≤90℃，干燥的时间t2为10min≤t2≤30min。
[0026]一种锂离子电池，包括：正极、负极及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，所述隔膜为上述的复合隔膜或通过上述的复合隔膜的制备方法制备的复合隔膜。
[0027]上述锂离子电池以含有改性聚偏氟乙烯的复合隔膜为隔膜，具有较高的锂离子传
导能力，阻抗低，同时倍率性能较好。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一些实施例中改性聚偏氟乙烯的制备方法的一种工艺流程图；图2为实施例和对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合隔膜，其特征在于，包括隔膜基体和设置在所述隔膜基体至少一个表面的涂层，所述涂层的材料包括改性聚偏氟乙烯，所述改性聚偏氟乙烯的结构式如下所示：；其中，m及n均为整数。2.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，47:1≤n:m≤254:1。3.根据权利要求2所述的复合隔膜，其特征在于，47:1≤n:m≤233:1。4.根据权利要求1~3任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述改性聚偏氟乙烯的重均分子量M
w
为55万≤M
w
≤100万，分子量分布PDI为1.7≤PDI≤3.0。5.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述改性聚偏氟乙烯通过如下步骤制备：将偏氟乙烯和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐进行共聚，制备所述改性聚偏氟乙烯；以偏氟乙烯和苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的总质量为100%，偏氟乙烯的质量百分比W1为90%≤W1≤98%，苯乙烯基双磺酰亚胺锂盐的质量百分比W2为2%≤W2≤10%。6.根据权利要求5所述的复合隔膜，其特征在于，90%≤W1≤95%，5%≤W2≤10%。7.根据权利要求5所述的复合隔膜，其特征在于，共聚反应的温度T1为50℃≤T1≤70℃，共聚反应的压力P为3.5MPa≤P≤5MPa，共聚反应的时间t1为5h≤t1≤8h。8.根据权利要求5~7任一项所述的复合隔膜，其特征在于，采用自由基悬浮聚合的方式进行共聚，在共聚的过程中，还加入了水、油溶性引发剂、分散剂和链转移剂。9.根据权利要求8所述的复合隔膜，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文强，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：