一种锂离子复合隔膜及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子复合隔膜及其制备与应用

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子复合隔膜及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体涉及一种锂离子复合隔膜及其制备与应用
。

技术介绍

[0002]在环境污染和传统的不可再生能源消耗日益严峻的情况下，找到一种无污染
、
可持续的绿色能源作为传统能源的替代品成为当选能源领域研究的一大热点；太阳能
、
风能等诸多新型能源中，锂电池由于其能量密度大
、
输出电压高
、
输出功率大
、
无记忆效应等优点而受到广泛的关注
。
而被称为“第三电极”的隔膜是电池重要的组成部分，其性能决定了电池的界面结构
、
内阻等，直接影响电池的放电容量
、
循环使用寿命及安全性能等特性
。
[0003]目前，完全工业化生产的锂电池隔膜中，绝大部分为
PE
与
PP
微孔膜，也是目前最通用的锂离子电池隔膜；但因为
PE
与
PP
的物性在应用时受到了限制，在应用过程中发现
PE/PP
隔膜的亲液性能
、
机械性能较差
。
而保障电动自行车
、
电动汽车等在发生碰撞过程中不会发生电池爆炸的情况，这些均需要不断提升隔膜材料的机械性能
。
因而，目前的
PE
与
PP
在应用上有极大的局限性
。

技术实现思路
<br/>[0004]本专利技术是为了克服现有技术中
PP
膜和
PE
膜的机械性能差的缺陷，提供了一种锂离子复合隔膜及其制备与应用以克服上述缺陷
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种锂离子复合隔膜，包括多孔基膜及涂覆在所述基膜一侧的由含硅材料掺杂聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯复合得到第一涂层，所述基膜另一侧及所述第一涂层上均涂覆有含硅无机物与细菌纤维素复合得到的第二涂层
。
[0006]本方案在基础的多孔基膜上涂覆第一涂层，并在第一涂层上还增设有第二涂层，两层无机陶瓷层所含原料存在差异但都含有硅这一主原料，两者结合协同增强了复合隔膜的各项性能，为锂离子复合隔膜的发展提供了新思路
。
[0007]其中，含硅材料掺杂聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯膜具有良好热学性能，而
Si
与聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯中的
F
生成
Si
‑
F
，因而第一涂层的结构稳定性明显增强
。
这样一来，锂枝晶的生长得到有效抑制，帮助提升锂离子电池的循环稳定性
。
[0008]此外，第二涂层作为复合隔膜的最外层，其与锂负极界面紧密接触
。
第二涂层中具有大量含硅的无机物，其中大量的
Si
4+
在锂负极界面处被
Li
还原成
Si
纳米线，
Si
纳米线与细菌纤维素相互搭接，两种纤维之间所构成的结构具有丰富的孔隙，在给
Li
+
提供传输通道的同时，保存更多的电解液
。
无机纳米纤维和有机纳米纤维相互依存的关系，也能给隔膜带来更加稳定的结构
。
[0009]同时，多孔基膜的两侧均涂覆有含硅的第一涂层或是第二涂层，这两个涂层中的
Si
均能与多孔基膜材料形成化学键合，进一步提升复合隔膜的机械性能
。
[0010]涂覆在第一涂层上的第二涂层还可对第一涂层起到保护作用，提供更好地防渗透性能，将含硅材料掺杂聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯膜的特性发挥出最大优势
。
[0011]因而本方案提出的锂离子复合隔膜应用于锂金属电池中可极大提高电池的循环稳定性
、
安全性，并获得高能量密度
。
该锂离子复合隔膜锂离子电导率可达
1.43ms/cm
，吸液率可维持在
198
％，热收缩值小，证明其循环稳定性高，能提高电池的容量和循环寿命
。
此外，锂离子复合隔膜拉伸强度可达
1576.3Kgf/cm2，有效增加隔膜的机械稳定性和耐冲击性能，减少隔膜的断裂和破损
。
[0012]优选地，所述多孔基膜为聚乙烯膜
、
聚丙烯膜中的任一
。
[0013]聚乙烯膜
、
聚丙烯膜等膜均具有高韧性
、
高机械强度
、
耐腐蚀
、
高稳定性等特性，将其作为电池隔膜中是常见应用
。
且其均具有多孔特性，适宜作为电池隔膜的基膜进行进一步地复合改进
。
[0014]优选地，所述第一涂层与所述第二涂层的厚度比为
(5
～
10)
：
1。
[0015]第一涂层和第二涂层的涂覆位置不同，其所需厚度也不同
。
作为与多孔基膜直接接壤的第一涂层，还是第一涂覆合成的涂层，对于其厚度要求更高，这也是基于含硅材料掺杂聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯复合层的性能优势而言的
。
[0016]在该种比例下，可以在提供足够的热稳定性和耐化学性的同时，保持复合隔膜的较高机械强度
。
经试验证明，在该比例内，复合隔膜的拉伸强度相差不大，几乎在同一水平
。
而当超出该比例范围时，所对应得到的复合隔膜的拉伸强度有小幅下降
。
[0017]一种复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、
含硅材料
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯粉末依次均匀分散在
N,N
二甲基酰胺和丙酮的混合溶剂中得到制备第一涂层的溶液
A
；
S2、
含硅无机物粉末均匀分散在细菌纤维素分散液中得到制备第二涂层的溶液
B
；
S3、
将溶液
A
均匀涂覆在多孔基膜一侧上，干燥后形成带有第一涂层的多孔基膜，再将溶液
B
均匀涂覆在带有第一涂层的多孔基膜的两侧上，干燥后制得锂离子复合隔膜
。
[0018]第一，
N,N
二甲基酰胺和丙酮作为高溶解性
、
高极性的有机溶剂，可帮助含硅材料和聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯粉末在混合溶剂中被轻易分散融合，且两者易挥发，涂覆干燥后不会造成残留
。
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯是一种共聚物，由偏氟乙烯
(PVDF)
和六氟丙烯
(HFP)
两种单体通过共聚反应制备而成
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子复合隔膜，其特征在于，包括多孔基膜及涂覆在所述基膜一侧的由含硅材料掺杂聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯复合得到第一涂层，所述基膜另一侧及所述第一涂层上均涂覆有含硅无机物与细菌纤维素复合得到的第二涂层
。2.
根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述多孔基膜为聚乙烯膜
、
聚丙烯膜中的任一
。3.
根据权利要求1或2所述的复合隔膜，其特征在于，所述第一涂层与所述第二涂层的厚度比为
(5
～
10)
：
1。4.
如权利要求1～3之一所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
含硅材料
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯粉末依次均匀分散在
N,N
二甲基酰胺和丙酮的混合溶剂中得到制备第一涂层的溶液
A
；
S2、
含硅无机物粉末均匀分散在细菌纤维素分散液中得到制备第二涂层的溶液
B
；
S3、
将溶液
A
均匀涂覆在多孔基膜一侧上，干燥后形成带有第一涂层的多孔基膜，再将溶液
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕金辉，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：湖州南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：