一种复合隔膜的制备方法及使用其的电化学装置与流程

本发明属于电池的，具体涉及一种复合隔膜的制备方法及使用其的电化学装置。

背景技术：

1、锂离子电池作为一种高效的存储和转换化学能装置，因具有能量密度高，倍率性能好，绿色环保等特点，被大量运用在便携式电子器件中；锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、铝塑膜等组成，隔膜作为电池的重要组成部件之一，具有防止正负极因直接接触导致短路的作用。

2、目前商业化的锂离子电池隔膜大多采用聚烯烃材料，如聚乙烯和聚丙烯等。由于聚乙烯和聚丙烯材料制备的微孔膜具有稳定的化学性能、较高的机械强度、较好的热闭合性能和成本低等特点，因此，聚烯烃材料在锂离子电池研发初期就被用来制备隔膜。如今，聚乙烯和聚丙烯依然是商业锂离子电池隔膜的主要材料，但是聚烯烃隔膜热稳定性较差、电解液润湿性低、离子传输慢等特点限制了电池性能的发挥，因此，对聚烯烃隔膜进行结构和功能改性是提高电池性能的一个重要手段。

3、聚醚醚酮(peek)是一种芳香族热塑性工程塑料，具有很高的热稳定性，玻璃化转变温度tg>150℃，熔点tm约为350℃，热降解温度ta约为600℃，出色的耐化学性，以及优异的力学性能。且peek高分子骨架中含有醚键(ar-o-ar)和羰基(-co-)等极性基团，与极性电解液亲和，能够提高隔膜的电解液浸润性。但peek材料的制备成膜结构很难调控。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种复合隔膜的制备方法，通过优化隔膜的工艺，提高锂离子电池安全性能，从而提高电池的质量。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种复合隔膜的制备方法，包括：

4、步骤一、将干燥后的0.6～1质量份peek材料装入锥形瓶中，向瓶中逐次加入70～90质量份甲基磺酸，再逐次加入30～10质量份浓硫酸，然后将混合体系置于65℃水浴加热搅拌5小时，得到均匀的peek溶液；

5、步骤二、将干燥的0.2质量份聚乙烯吡咯烷酮加入到步骤一得到的物料中，继续于65℃水浴加热搅拌3小时后，过滤得到均匀的peek铸膜液，然后将peek铸膜液放置在35℃烘箱中静置12小时脱泡；

6、步骤三、将步骤二得到的物料涂覆在基膜表面形成厚度均匀的溶液层，然后在相对湿度为37％的环境下静置10分钟，逐渐分相成膜后，转移至水浴中，随后使用去离子水清洗，最后将物料置于室内自然干燥，得到复合隔膜。

7、优选的，所述步骤一中，所述浓硫酸为peek的强溶剂。

8、优选的，所述步骤二中，所述聚乙烯吡咯烷酮为成孔剂。

9、优选的，所述步骤三中，基膜表面的铸膜液中的混合酸溶剂吸收空气中的水蒸气，使得固-液和液-液相分离。

10、优选的，所述步骤二中，采用200目的过滤器过滤得到peek铸膜液。

11、优选的，所述基膜为乙烯微孔隔膜、聚丙烯微孔隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔隔膜、聚偏氟乙烯微孔隔膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯微孔膜、聚酰亚胺微孔膜、聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、聚酯无纺布、聚酰亚胺无纺布、芳纶无纺布、氨纶无纺布中的任意一种。

12、本发明的目的之二在于一种电化学装置，包括正极极片、负极极片以及上述的复合隔膜，所述复合隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间。

13、本发明的有益效果在于，本发明包括步骤一、将干燥后的0.6～1质量份peek材料装入锥形瓶中，向瓶中逐次加入70～90质量份甲基磺酸，再逐次加入30～10质量份浓硫酸，然后将混合体系置于65℃水浴加热搅拌5小时，得到均匀的peek溶液；步骤二、将干燥的0.2质量份聚乙烯吡咯烷酮加入到步骤一得到的物料中，继续于65℃水浴加热搅拌3小时后，过滤得到均匀的peek铸膜液，然后将peek铸膜液放置在35℃烘箱中静置12小时脱泡；步骤三、将步骤二得到的物料涂覆在基膜表面形成厚度均匀的溶液层，然后在相对湿度为37％的环境下静置10分钟，逐渐分相成膜后，转移至水浴中，随后使用去离子水清洗，最后将物料置于室内自然干燥，得到复合隔膜。由于peek材料的制备成膜结构很难调控，因此，通过浓硫酸和peek形成磺化peek，降低材料的玻璃转变温度和熔融温度，从而耐热性能降低，为了不过度磺化peek，本发明使用peek的弱溶剂甲基磺酸为主要溶剂，加入少量的浓硫酸来提高peek的溶解度，并且保持材料耐热性能，步骤二中，通过添加亲水性材料作为添加剂，步骤三中，利用其混合酸溶剂的吸水特性，采用干-湿法相结合的方法制备出孔结构可调控的聚醚醚酮隔膜，具体的，铸膜液中混合酸溶剂吸收空气中的水蒸汽而实现固-液和液-液相分离，通过控制混合酸中浓硫酸与甲基磺酸的比例，而控制铸膜液体系吸水，达到控制隔膜分相速度，由于吸水过程缓慢，通过空气湿度、静置时间等外围参数控制最终形态，其中，复合隔膜材料基膜和涂层均为绝缘体，可以有效达到阻止电子迁移，且材料机械强度高，可以保证锂电池正负极被机械隔离，防止短路；复合隔膜材料基膜和涂层微孔均匀，有良好的透气性能，保证了较低的电阻和高的离子电导率，确保锂离子电池的性能；复合隔膜材料基膜和涂层均具有较高的化学和电化学稳定性；涂层材料的高孔隙率增加了对隔膜电解液的吸收。本发明通过优化隔膜的工艺，提高锂离子电池安全性能，从而提高电池的质量。

技术特征：

1.一种复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述浓硫酸为peek的强溶剂。

3.如权利要求1所述的一种复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述聚乙烯吡咯烷酮为成孔剂。

4.如权利要求1所述的一种复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，基膜表面的铸膜液中的混合酸溶剂吸收空气中的水蒸气，使得固-液和液-液相分离。

5.如权利要求1所述的一种复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，采用200目的过滤器过滤得到peek铸膜液。

6.如权利要求1所述的一种复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述基膜为乙烯微孔隔膜、聚丙烯微孔隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔隔膜、聚偏氟乙烯微孔隔膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯微孔膜、聚酰亚胺微孔膜、聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、聚酯无纺布、聚酰亚胺无纺布、芳纶无纺布、氨纶无纺布中的任意一种。

7.一种电化学装置，其特征在于：包括正极极片、负极极片以及权利要求1-6任意一项制备的复合隔膜，所述复合隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间。

技术总结
本发明公开一种复合隔膜的制备方法，包括将干燥后的0.6～1质量份PEEK材料装入锥形瓶中，向瓶中逐次加入70～90质量份甲基磺酸，再逐次加入30～10质量份浓硫酸，然后将混合体系置于65℃水浴加热搅拌5小时；将干燥的0.2质量份聚乙烯吡咯烷酮加入到步骤一得到的物料中，继续于65℃水浴加热搅拌3小时后，过滤得到均匀的PEEK铸膜液；将步骤二得到的物料涂覆在基膜表面形成厚度均匀的溶液层，最后将物料置于室内自然干燥，得到复合隔膜。本发明通过优化隔膜的工艺，提高锂离子电池安全性能，从而提高电池的质量。此外，本发明还公开了一种电化学装置。

技术研发人员：肖政,邓豪,马斌,陈杰,项海标
受保护的技术使用者：惠州锂威新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12