锂离子电池用复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池的研究领域，公开了一种锂离子电池用复合隔膜及其制备方法。首先，将PVDF-HFP及PDMS共溶于稀释剂中得到性状均一的混合体系；其次，向混合体系中加入分散剂得到分散体系；最后，将PVDF-HFP和PDMS共混物制成薄膜，并经萃取剂萃取、干燥等步骤，得到多孔PVDF-HFP和PDMS复合隔膜。本发明专利技术制备的复合隔膜具有较高的吸液率、电导率且孔隙分布均匀。复合隔膜的电解质吸收率为175～185%，室温电导率为1.3mS/cm，孔隙率为60%～75%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池的研究领域，尤其是涉及一种锂离子电池用PVDF-HFP/ PDMS复合隔膜的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其比能量高，循环寿命长，无记忆效应等优点，因而应用十分广泛， 已经成为二次电源的热点研究领域。锂离子电池隔膜的主要作用是隔离正、负极并阻止电子穿过，但能使电解质液中的离子在正负极间自由通过。随着目前电子设备不断向轻便化的方向发展，其使用的锂离子电池需具有高能量密度及高容量的特性。不同于目前常用的第一代锂离子电池液体电解液，第二代锂离子电池胶体聚合物电解液具有以下优点高能量密度、结构稳定、低挥发性。多种聚合物均可作为聚合物电解液的基本骨架，包括据环氧乙烷(PEO)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)，聚偏氟乙烯(PVDF)及聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)等。由于PVDF体系材料具有高介电常数及较强的电子拉伸官能团(-C - F -)，因此其被认为是新一代高性能锂离子电池的理想隔膜材料。但是，纯PVDF材料结晶度较高，束缚电解质稳定性差，因此其离子电导率低，限制了其在隔膜领域的应用。PVDF类树脂因具有较大的介电常数(ε =纩10)，优良的耐热性和较好的力学性能，已成为聚合物隔膜的理想基体之一。但PVDF结晶度较高，而HFP与VDF共聚后可降低其结晶度，这样既能使电解质膜具有优异的力学强度，又能保证共聚物有良好的吸附电解质的能力，并显示优异的电化学性能。因此，采用PVDF-HFP可以在一定程度上降低结晶度， 利于增大吸液率，提高隔膜的性能。PDMS是最为常用的橡胶膜材料之一，具有低表面张力、高柔韧性、低玻璃化温度、 耐高温、耐腐蚀、稳定性高、高压缩性的优点。用PDMS对PVDF-HFP共聚物进行改性，可以改善PVDF-HFP基电解质与金属锂电极的界面相容性，电解质隔膜的离子电导率和离子迁移数都有所提高。与其它制膜方法相比，相转化法具有以下优势第一，可以通过调节简单的工艺参数，比如改变稀释剂种类、聚合物分子量、聚合物初始浓度等就能实现对膜孔结构以及聚集态结构的控制；第二，所制备多孔膜的强度较好、孔径分布比较窄；第三，能够制备出网状以及球粒间孔等贯通性良好的孔结构。因此，相转化法是制备用于锂离子电池半液态隔膜多孔骨架的一种理想方法。
技术实现思路
本专利技术利用相转化法设计开发用于锂离子电池的活性多孔复合隔膜，所得的复合膜材料将具有特殊的活性。本专利技术隔膜厚度为15 55μπι、电解液吸收率为175 185%、室温电导率为 1. 3mS/cm、孔隙率为60 75%。本专利技术还提出具有以上性能的复合膜材料的制备方法。包括以下步骤1)混合稀释将聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)和聚二甲基硅氧烷(PDMS) 在室温条件下混合均勻，并加入稀释剂，在60°C温度环境条件下搅拌6小时，可得到性状均一的混合体系。2)体系分散将分散剂加入所述混合体系中，在室温条件下搅拌2小时，对共混物料进行进一步分散稀释，可得到性状均一的PVDF-HFP和PDMS共混物。3)相转化成膜将所述共混物均勻涂布于玻璃平板上，所述涂布厚度为80 100 μ m,室温静置10 15秒后，用萃取剂清洗三次后，在室温条件下用萃取剂浸没玻璃平板48小时后，可去除稀释剂和分散剂，再经40°C真空干燥48小时得到锂离子电池用复合隔膜。本专利技术利用浸没沉淀相转化法设计开发用于锂离子电池的PVDF-HFP/PDMS活性多孔隔膜材料。制备的PVDF-HFP和PDMS复合隔膜具有低结晶度、高孔隙率、高吸液率的特点。该PVDF-HFP和PDMS复合隔膜是一种具有高离子电导率及高电化学稳定性的活性隔膜， 是性能好、安全性高的锂离子电池首选隔膜。利用PDMS修饰PVDF-HFP聚合物材料，所得的复合隔膜材料将具有特殊的活性，锂离子电池组装为模块后，复合隔膜可以通过吸收锂盐液体电解质，使电解液凝胶化，从而提高锂离子电池的综合性能。同时，PVDF-HFP和PDMS复合隔膜具有很好的安全性，利于锂离子电池的扩大应用，推动锂离子电池行业的不断提升发展。此外，本专利技术操作简单安全，生产成本较低。在本专利技术所述步骤1)中，所述聚二甲基硅氧烷与聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的投料质量比为10 20 100。在所述步骤1)中，所述稀释剂为以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)或N，N_ 二甲基乙酰胺(DMAc)中的至少任意一种，所述稀释剂用量为聚二甲基硅氧烷和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物总质量的100% 500%。在所述步骤2)中，所述分散剂为1，2-丙二醇、异丙醇或丙三醇中的至少任意一种，用量为聚二甲基硅氧烷和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物总质量的10% 15%。在所述步骤3)中，所述萃取剂为体积百分比为5% 10%的乙醇溶液。具体实施例方式例1 1)将4g聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)和Ig聚二甲基硅氧烷(PDMS)在室温条件下混合均勻，并加入IOg邻苯二甲酸二甲酯(DMP)及IOg N，N-二甲基乙酰胺(DMAc) 稀释剂，在60°C下搅拌6小时，得到性状均一的混合体系。2)将0.25gl，2_丙二醇及0.25g丙三醇分散剂加入混合体系中，在室温条件下搅拌2小时，对共混物料进行进一步分散稀释，得到性状均一的PVDF-HFP和PDMS共混物。3)将PVDF-HFP/PDMS共混物均勻涂布于玻璃平板上，涂膜厚度为80 μ m,室温静置10秒后，分别用25gl0% (体积百分比)乙醇溶液清洗三次后，在室温条件下用75gl0% (体积百分比)乙醇溶液浸没玻璃平板48小时以去除稀释剂和分散剂，再经40°C真空干燥48 小时得到锂离子电池用PVDF-HFP和PDMS复合隔膜。4)经检测，实施例1制成的复合隔膜的特性 厚度为50 μ m。电解液吸收率为180%。室温电导率为1. ;3mS/cm。孔隙率为70%。例2 1)将4. 5gPVDF-HFP和0. 5gPDMS在室温条件下混合均勻，并加入15gDMAc稀释剂，在 60°C下搅拌6小时，得到性状均一的混合体系。2)将0. 5g异丙醇或丙三醇分散剂加入混合体系中，在室温条件下搅拌2小时，对共混物料进行进一步分散稀释，得到性状均一的PVDF-HFP和PDMS共混物。3)将PVDF-HFP和PDMS共混物均勻涂布于玻璃平板上，涂膜厚度为100 μ m,室温静置15秒后，分别用35gl0% (体积百分比)乙醇溶液清洗三次后，在室温条件下用75gl0% (体积百分比)乙醇溶液浸没玻璃平板48小时以去除稀释剂和分散剂，再经40°C真空干燥 48小时得到锂离子电池用PVDF-HFP和PDMS复合隔膜。4)经检测，实施例2制成的复合隔膜的特性 厚度为45 μ m。电解液吸收率为185%。室温电导率为1. ;3mS/cm。孔隙率为75%。权利要求1.锂离子电池用复合隔膜，其特征在于，所述隔膜厚度为15 55μ m、电解液吸收率为 175 185%、室温电导率为1. 3mS/cm、孔隙率为60 75%。2.一种如权利要求1所述的锂离子电池用复合隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)混合稀释将聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚二甲基硅氧烷在室温条件下混合均勻，并加入稀释剂，在60°C温度环境条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．锂离子电池用复合隔膜，其特征在于，所述隔膜厚度为１５～５５μｍ、电解液吸收率为１７５～１８５％、室温电导率为１．３ｍＳ／ｃｍ、孔隙率为６０～７５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴战宇，顾立贞，朱守圃，董志成，周寿斌，于尊奎，代云飞，
申请(专利权)人：江苏华富储能新技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：32