一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，尤其涉及一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]近年来，随着全球新能源领域的不断发展，高安全性能
、
高能量密度的锂离子电池技术受到了越来越多的关注
。
锂离子电池的结构主要由正极
、
隔膜以及负极组成
。
在充电过程中，锂离子经过电解液穿过隔膜达到负极一侧，并储存在负极中，放电过程则与之相反
。
隔膜作为锂离子电池的四大材料之一，一方面用于阻隔正负极，防止两极直接接触而发生短路，对电池的安全性能具有重要意义；另一方面，电池隔膜虽然不直接参加电池内部的电化学反应，但对于离子的运输，电解液的润湿及分解等具有重要意义
。
因此，隔膜的性能可以影响电池的充放电循环性能
、
使用寿命和安全性能等
。
[0003]现有技术中一般采用聚乙烯
(PE)
或聚丙烯
(PP)
多孔膜作为电池隔膜，其制作工艺成熟，成本较低，同时具有较低的内阻和优异的电化学稳定性，可以初步满足锂离子的使用要求，但其仍然存在诸多缺陷：例如在高电压和高温下隔膜具有机械强度低
、
容易损坏以及电导率低等问题
。
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
。
此外，在锂电池中，常常伴随着锂枝晶的安全隐患，因此需要隔膜具备良好的机械强度来防止隔膜被刺穿
。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中采用聚乙烯或聚丙烯多孔膜作为电池隔膜的机械性能差的缺陷，提供了一种锂电池复合隔膜及其制备方法，并将其应用于锂离子电池中以克服上述缺陷
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种锂电池复合隔膜，包括聚烯烃隔膜以及由金属氧化物分散在所述聚烯烃隔膜表面所形成的第一改性层，所述第一改性层上涂覆有由含硅无机物与细菌纤维素复合得到的第二改性层
。
[0006]本专利技术首先在基础的聚烯烃隔膜上生成由纳米金属氧化物分散得到的第一改性层，然后在第一改性层上涂覆第二改性层，两层改性层所含原料存在差异，但金属氧化物以及含硅无机物与细菌纤维素的结合协同增加了隔膜的机械强度和耐撕裂性，改善了隔膜的抗挤压性能和耐久性，从而提高了锂电池的结构稳定性和机械可靠性，为锂电池复合隔膜的发展提供了新思路
。
[0007]其中，金属氧化物的均匀分散可以提高隔膜的热稳定性，金属氧化物通过化学键合的方式与聚乙烯隔膜表面发生作用，从而与聚乙烯隔膜表面相互作用形成稳定的界面层，这种界面层能够阻止溶解物的扩散，进一步增加了隔膜的稳定性
。
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，采用含硅无机物与细菌纤维素复合得到的第二改性层作为复合隔膜的最外层，其与锂负极界面紧密接触
。
第二改性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
。
同时含硅无机物中的
SiC
具有优异的耐热性，能够进一步提升隔膜耐高温能力
。
而含硅无机物中的二氧化硅的亲水性和能与电解液中微量的
HF
反应，同样能够提升锂离子电池循环
。
[0009]涂覆在第一改性层上的第二改性层还可对第一改性层起到保护作用，提供更好地防渗透性能，从而提高隔膜的稳定性，发挥出改性后的复合隔膜的最大安全特性优势
。
[0010]因而本专利技术提出的锂电池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
。
该锂电池复合隔膜锂离子电导率可达
1.86ms/cm
，吸液率可维持在
235
％，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，锂电池复合隔膜拉伸强度可达
2566.1Kgf/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
。
[0011]作为优选，所述聚烯烃隔膜选自聚乙烯膜
、
聚丙烯膜
。
[0012]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
。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种用于制备所述的锂电池复合隔膜的方法，包括以下步骤：
(1)
将聚烯烃隔膜浸渍于有机溶剂中，加入金属卤化物溶液，反应结束后将所述聚烯烃隔膜取出烘干，从而在所述聚烯烃隔膜表面生成由金属氧化物形成的第一改性层；
(2)
将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改性层的溶液；
(3)
将第二改性层的溶液涂覆在已生成有第一改性层的聚烯烃隔膜的两侧面上，干燥后得到锂电池复合隔膜
。
[0014]首先，纳米金属氧化物具有较高的热导性，能够吸收和分散电池内部产生的热量，减缓温度上升速度
。
此外，纳米金属氧化物能够吸附和嵌入电池中的热敏物质，阻止它们进一步反应和释放热量，从而抑制热失控反应的发生，有效的提高隔膜的耐热性能
。
由于纳米金属氧化物颗粒的紧密堆积和纳米尺寸效应，因此纳米金属氧化物还具有较高的硬度和强度，可以增加隔膜的抗挤压性能和耐久性，能够有效的提高隔膜的机械强度
。
本专利技术将聚烯烃隔膜浸渍于有机溶剂中并加入金属卤化物溶液进行固
‑
液反应，使聚烯烃隔膜上的羟基和溶液中卤族元素发生反应，烘干后反应得到的纳米金属氧化物不仅均匀分散在隔膜表面，同时使这种纳米金属氧化物也均匀分散在隔膜里层，真正达到使纳米金属氧化物均匀分散在隔膜上的目的
。
[0015]其次，细菌纤维素
(Bacterial cellulose
，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂电池复合隔膜，其特征在于，包括聚烯烃隔膜以及由金属氧化物分散在所述聚烯烃隔膜表面所形成的第一改性层，所述第一改性层上涂覆有由含硅无机物与细菌纤维素复合得到的第二改性层
。2.
如权利要求1所述的一种锂电池复合隔膜，其特征在于，所述聚烯烃隔膜选自聚乙烯膜
、
聚丙烯膜
。3.
一种用于制备如权利要求1所述的锂电池复合隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将聚烯烃隔膜浸渍于有机溶剂中，加入金属卤化物溶液，反应结束后将所述聚烯烃隔膜取出烘干，从而在所述聚烯烃隔膜表面生成由金属氧化物形成的第一改性层；
(2)
将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改性层的溶液；
(3)
将第二改性层的溶液涂覆在已生成有第一改性层的聚烯烃隔膜的两侧面上，干燥后得到锂电池复合隔膜
。4.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属卤化物溶液的质量百分比浓度为
40
％～
50
％，有机溶剂和金属卤化物溶液的加入体积比为
(10
...

【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：