一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法与流程

本发明属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法。

背景技术：

可充电锂离子电池由于循环寿命长、环境污染小、无记忆效应，以及充放电容量高、安全性能好等优点，引起国内外科研人员的广泛关注和研究，近年来已成为新型电源技术研究的热点。锂离子电池主要由正负极、隔膜和电解液组成。其中，隔膜的作用显得尤为重要，不仅能够隔离正负极防止短路，同时为锂离子提供通道。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

在锂离子电池系统中，电解液是在电池正、负极之间起传导作用的离子导体，电池的安全性、循环性能等也与电解液的性质息息相关。但是，目前常用的有机电解液为LiPF₆电解液体系，该电解液热稳定性差，在电池工作过程中容易分解产生LiF和PF₅，不仅消耗了锂离子，导致电池容量衰减，同时PF₅容易与电解液中的碳酸酯进一步发生副反应加速缩减电池寿命其反应机理如下：

LiPF₆→LiF+PF₅ (1)

PF₅+H₂O→POF₃+2HF (2)

在电池系统中电解液与隔膜密不可分，隔膜的组成在一定程度上会对电解液的分解具有影响。因此，对隔膜进行改性使其在一定程度上抑制电解液的分解无疑对改善电池性能、延长使用寿命具有重大意义。

Ji-Hyun Yoo等人在PE隔膜表面接枝乙烯基化的二氧化硅制备复合隔膜，二氧化硅可与电解液中的HF发生亲核替代反应形成Si-F键从而消耗掉部分HF，且在高温下有效抑制电解液分解。

Won-Kyung Shin等研究人员在PE隔膜表面涂覆氟化铝纳米颗粒，结果发现改性后隔膜组装的电池在循环100次后电解液分解产物显著下降。

采用氧化铝、二氧化硅等无机纳米粒子进行涂覆改性虽对电解液分解有不同程度的抑制作用，但直接涂覆的纳米粒子不能与基体材料形成一个有机的整体，且涂层会对隔膜厚度增加、孔隙部分堵塞，影响锂离子的迁移；同时涂覆不匀率较高，会引起电池工作过程中无机纳米粒子的部分脱落，造成电流分布不匀、容量衰减，影响电池性能。因此既能抑制电解液分解，又能确保电池性能的稳定是锂离子电池隔膜亟需解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜。借助氟化铝纳米粒子的路易斯酸性抑制电解液分解反应的正向进行，制备具有抑制电解液分解的复合隔膜，提高电池循环性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的隔膜材料以静电纺聚偏氟乙烯为基底膜，具有机械强度高、吸液率高的特点；同时在基底膜的两面利用磁控沉积技术溅射氟化铝陶瓷材料来提高隔膜的循环性能及抑制电解液分解。

进一步限定，所述基体材料的厚度为50μm左右；孔隙率为70-80％。

进一步限定，所述溅射氟化铝使用的是射频源，功率35W，压强0.6-1.0Pa。

进一步限定，沉积层为1-5μm。。

上述锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1)称取3.5g聚偏氟乙烯粉末溶于体积比为7:3的二甲基甲酰胺及丙酮的混合溶液中，制成总质量为25g的纺丝液；将纺丝液置于自制静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，制备PVDF纳米纤维膜作为基体材料；

2)固定氟化铝靶材及聚偏氟乙烯基体材料，抽真空以达到本底真空度(8.0×10^-4Pa)，然后进行磁控溅射

3)将复合隔膜置于真空干燥箱中60℃干燥6h，热压处理10min；

4)使用手动冲片机将复合隔膜压成直径为18mm的隔膜，得到锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜。

附图说明

图1为本发明对比例静电纺PVDF纳米纤维膜扫描电镜图；

图2为本发明实施例1磁控沉积氟化铝颗粒复合隔膜扫描电镜图；

图3为实施例1磁控沉积氟化铝颗粒复合隔膜结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜，包括聚偏氟乙烯纳米纤维膜和溅射于基膜双侧的氟化铝纳米陶瓷颗粒，固定好氟化铝靶材，采用聚偏氟乙烯纳米纤维膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩，本底真空度8.0×10^-4Pa，溅射气压0.6Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为35W，样品沉积时间20min。

实施例2：

一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜，包括聚偏氟乙烯纳米纤维膜和溅射于基膜双侧的氟化铝纳米陶瓷颗粒，固定好氟化铝靶材，采用聚偏氟乙烯纳米纤维膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩，本底真空度8.0×10^-4Pa，溅射气压0.8Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为35W，样品沉积时间20min。

实施例3：

一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜，包括聚偏氟乙烯纳米纤维膜和溅射于基膜双侧的氟化铝纳米陶瓷颗粒，固定好氟化铝靶材，采用聚偏氟乙烯纳米纤维膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩，本底真空度8.0×10^-4Pa，溅射气压1.0Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为35W，样品沉积时间20min。

对比例：

称取3.5g聚偏氟乙烯粉末溶于体积比为7:3的二甲基甲酰胺及丙酮的混合溶液中，制成总质量为25g的纺丝液；将纺丝液置于自制静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝参数为：电压15kv，推进速度1ml/h，纺丝距离15cm。

本发明具有以下有益效果：(1)复合隔膜孔隙率高，电解液吸液率高；(2)提高了隔膜的耐热性能；(3)对电池工作过程中电解液的分解起到一定的抑制作用；(4)提高了锂离子电池的循环性能；(5)磁控溅射技术操作方便，对隔膜本身的特性影响较小，可大规模生产。

对所公开的实施例的上述说明，仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。