一种新型锂电池隔膜的制作方法

文档序号:17077583发布日期:2019-03-08 23:53阅读:164来源:国知局

本发明涉及锂电池领域,具体是一种新型锂电池隔膜。



背景技术:

由于锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等优点,锂电池产品已经广泛应用于各行各业。

锂电池隔膜作为锂电池四大关键材料之一,是连接并隔开电池正负极的材料,是电子的绝缘体,可以防止出现短路,允许锂离子通过,还可以在电池过热时,通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。隔膜性能的优劣决定着锂电池的界面结构和内阻,进而影响着电池的容量、循环寿命、充放电电流密度等关键特性,因此隔膜性能的提高对于提高电池的综合性能起着重要作用。

现有技术中锂电池隔膜存在着对电解质亲和性较差的缺点,而且表面能低、呈惰性、不耐高温和疏水性的缺点,因此有必要对其进行亲电解液性能进行改进。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种新型锂电池隔膜,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种新型锂电池隔膜,具体是一种静电纺丝隔膜,所述静电纺丝隔膜以聚合物为主要材料,表面涂覆有无机陶瓷材料;所述聚合物具有亲水性好、表面能高的特点,可以提高锂电池隔膜对电解质的亲和性;所述无机陶瓷材料具有耐高温的特点,可以提高锂电池隔膜的耐温性。

作为本发明进一步的方案:所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯酸甲酯中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案:所述无机陶瓷材料为三氧化硅或氧化硅的一种。

一种如上述新型锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

1)原料制备:将粉末状的聚合物干燥后加入二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮的混合溶剂中,在水浴锅中加热至50℃搅拌至出现均匀溶液,然后添加聚苯乙烯颗粒,之后进行机械搅拌20min,再超声分散处理15min,使纳米颗粒分散充分,得到纺丝液;

2)纤维制备:通过静电纺丝法将所述纺丝液通过电场的静电作用拉伸成聚合物超细纤维;

3)静电纺丝布制备:采用控制分散液总量的方式,将纺丝得到的纤维膜厚度控制在40-50nm范围内,置于真空干燥箱中,常温下减压处理8h,直至膜中无溶剂残留,获得静电纺丝布;

4)陶瓷材料涂覆:将聚酰亚胺和无机陶瓷材料粉末加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在静电纺丝布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,得到陶瓷涂覆静电纺丝布;

5)裁剪:使用冲孔机对所述陶瓷涂覆静电纺丝布进行裁剪后即获得直径为19mm的标准隔膜。

进一步的,步骤1)中,所述混合溶剂中二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮的体积比为7:1:3。

再进一步的,步骤1)中,所述混合溶剂每100质量份中添加10-12份聚丙烯酸甲酯。

再进一步的,步骤1)中,所述混合溶剂每100质量份中添加0-3份的聚苯乙烯颗粒。

再进一步的,所述水和n-二甲基乙酰胺混合溶液中水和n-二甲基乙酰胺的体积比为5:95。

一种采用上述新型锂电池隔膜的锂离子电池。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1、本发明通过静电纺丝方法能够制备杂乱的纳米纤维网膜,其较高的孔隙率和更好的吸液性能能够促进隔膜的电化学以及循环表现。

2、本发明通过对隔膜表面涂覆无机陶瓷材料,提高了锂电池隔膜的耐高温性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种新型锂电池隔膜,以聚偏氟乙烯为基材通过静电纺丝发制作的静电纺丝隔膜;所述静电纺丝隔膜表面涂覆有三氧化硅。

1)原料制备:将粉末状的聚偏氟乙烯干燥,然后按照每100质量份添加12质量份聚偏氟乙烯的比例加入体积比为7:1:2的二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮的混合溶剂中,在水浴锅中加热至50℃搅拌至出现均匀溶液,然后按照每100质量份混合溶剂添加3质量份聚丙烯酸甲酯的比例添加聚苯乙烯颗粒,之后进行机械搅拌20min,再超声分散处理15min,使纳米颗粒分散充分,得到纺丝液;

2)纤维制备:通过静电纺丝法将所述纺丝液通过电场的静电作用拉伸成聚合物超细纤维;

3)静电纺丝布制备:采用控制分散液总量的方式,将纺丝得到的纤维膜厚度控制在40nm范围,置于真空干燥箱中,常温下减压处理8h,直至膜中无溶剂残留,获得静电纺丝布;

4)陶瓷材料涂覆:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(体积比为5:95)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在静电纺丝布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,得到陶瓷涂覆静电纺丝布;

5)裁剪:使用冲孔机对所述陶瓷涂覆静电纺丝布进行裁剪后即获得直径为19mm的标准隔膜。

一种锂离子电池,采用上述方法制作的新型锂电池隔膜。

实施例2

一种新型锂电池隔膜,以聚偏氟乙烯-六氟丙烯基材通过静电纺丝发制作的静电纺丝隔膜;所述静电纺丝隔膜表面涂覆有氧化硅材料。

1)原料制备:将粉末状的聚偏氟乙烯-六氟丙烯干燥,然后按照每100质量份添加10质量份聚偏氟乙烯-六氟丙烯的比例加入体积比为7:1:2的二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮的混合溶剂中,在水浴锅中加热至50℃搅拌至出现均匀溶液,然后按照每100质量份混合溶剂添加1质量份聚丙烯酸甲酯的比例添加聚苯乙烯颗粒,之后进行机械搅拌20min,再超声分散处理15min,使纳米颗粒分散充分,得到纺丝液;

2)纤维制备:通过静电纺丝法将所述纺丝液通过电场的静电作用拉伸成聚合物超细纤维;

3)静电纺丝布制备:采用控制分散液总量的方式,将纺丝得到的纤维膜厚度控制在50nm范围内,置于真空干燥箱中,常温下减压处理8h,直至膜中无溶剂残留,获得静电纺丝布;

4)陶瓷材料涂覆:将聚酰亚胺和氧化硅粉末加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(体积比为5:95)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在静电纺丝布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,得到陶瓷涂覆静电纺丝布;

5)裁剪:使用冲孔机对所述陶瓷涂覆静电纺丝布进行裁剪后即获得直径为19mm的标准隔膜。

一种锂离子电池,采用上述方法制作的新型锂电池隔膜。

实施例3

一种新型锂电池隔膜,以聚丙烯酸甲酯为基材通过静电纺丝发制作的静电纺丝隔膜;所述静电纺丝隔膜表面涂覆有三氧化硅。

1)原料制备:将粉末状的聚丙烯酸甲酯干燥,然后按照每100质量份添加11质量份聚丙烯酸甲酯的比例加入体积比为7:1:2的二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮的混合溶剂中,在水浴锅中加热至50℃搅拌至出现均匀溶液,然后按照每100质量份混合溶剂添加0质量份聚丙烯酸甲酯的比例添加聚苯乙烯颗粒,之后进行机械搅拌20min,再超声分散处理15min,使纳米颗粒分散充分,得到纺丝液;

2)纤维制备:通过静电纺丝法将所述纺丝液通过电场的静电作用拉伸成聚合物超细纤维;

3)静电纺丝布制备:采用控制分散液总量的方式,将纺丝得到的纤维膜厚度控制在50nm范围内,置于真空干燥箱中,常温下减压处理8h,直至膜中无溶剂残留,获得静电纺丝布;

4)陶瓷材料涂覆:将聚酰亚胺和二氧化硅粉加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(体积比为5:95)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在静电纺丝布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,得到陶瓷涂覆静电纺丝布;

5)裁剪:使用冲孔机对所述陶瓷涂覆静电纺丝布进行裁剪后即获得直径为19mm的标准隔膜。

一种锂离子电池,采用上述方法制作的新型锂电池隔膜。

实施例4

一种新型锂电池隔膜,以聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯为基材通过静电纺丝发制作的静电纺丝隔膜;所述静电纺丝隔膜表面涂覆有三氧化硅或氧化硅材料。

1)原料制备:将粉末状的聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯干燥,然后按照每100质量份添加12质量份聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的比例加入体积比为7:1:2的二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮的混合溶剂中,在水浴锅中加热至50℃搅拌至出现均匀溶液,然后按照每100质量份混合溶剂添加2质量份聚丙烯酸甲酯的比例添加聚苯乙烯颗粒,之后进行机械搅拌20min,再超声分散处理15min,使纳米颗粒分散充分,得到纺丝液;

2)纤维制备:通过静电纺丝法将所述纺丝液通过电场的静电作用拉伸成聚合物超细纤维;

3)静电纺丝布制备:采用控制分散液总量的方式,将纺丝得到的纤维膜厚度控制在45nm范围内,置于真空干燥箱中,常温下减压处理8h,直至膜中无溶剂残留,获得静电纺丝布;

4)陶瓷材料涂覆:将聚酰亚胺和氧化硅粉末加入到水和n-二甲基乙酰胺混合溶液(体积比为5:95)中,球磨分散,然后将制得的混合溶液涂在静电纺丝布的两面,然后在室温干燥10min使溶剂蒸发,接着在80℃真空干燥24h以上,得到陶瓷涂覆静电纺丝布;

5)裁剪:使用冲孔机对所述陶瓷涂覆静电纺丝布进行裁剪后即获得直径为19mm的标准隔膜。

一种锂离子电池,采用上述方法制作的新型锂电池隔膜。

对比例1

与实施例1相比,所述锂电池隔膜基材为聚烯烃隔膜;其他和实施例1相同。

所述聚烯烃隔膜的制备技术为现有技术。

对比例2

与实施例1相比,所述锂电池隔膜表面未涂覆无机陶瓷材料;其他和实施例1相同。

对比例3

与实施例1相比,所述锂电池隔膜基材为聚烯烃隔膜,且锂电池隔膜表面未涂覆无机陶瓷材料;其他和实施例1相同。

对比例4

现有产品。

性能试验

结合实施例1-4和对比例1-4通过电子显微镜、吸液性能测试、电化学性能测试和高温循环性能测试对实施例1-4和对比例1-4的锂电池隔膜进行测试综合分析了隔膜的综合表现,具体方法为通过电子显微镜观察期孔隙率,通过将制备的隔膜裁剪成2cm×2cm试样,烘干称出各样品的质量,再将其放入lipf6电解液中浸透2h以上,用滤纸吸干表面溢出的电解液后,称取湿态隔膜的质量,通过计算吸液率;

经过试验得出一下结果:

表1实验结果

1)对比例3中的锂电池隔膜孔隙率和吸液率分别达到了60.2%和456%,80℃高温下充放电200次充放电比容量为50.4%。

2)对比例2中的锂电池隔膜孔隙率和吸液率分别达到了70.2%和884%,80℃高温下充放电200次充放电比容量为52.3%,相对于对比例3,孔隙率提高了10%,吸液率提高了1倍。

3)对比例1中的锂电池隔膜孔隙率和吸液率分别达到了61.2%和485%,80℃高温下充放电200次充放电比容量为80.4%,相对于对比例3,孔隙率和吸液率提高不明显,但是耐高温性提高了60%。

4)实施例1中的锂电池隔膜孔隙率和吸液率分别达到了75.2%和974%,80℃高温下充放电200次充放电比容量为84.4%,相对于对比例3,孔隙率提高了15.2%,吸液率提高了518%,耐高温性提高了68.2%。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

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