一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法

本发明涉锂离子电池，具体涉及一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法。

背景技术：

1、由于手机和电动汽车电池爆炸事故频发，锂离子电池的安全问题再次成为人们关注的焦点。造成libs安全隐患的原因之一是隔膜在高温暴露、碰撞或穿透等滥用条件下发生故障。由于热稳定性差，广泛使用的低熔点聚烯烃隔膜(pe～135℃和pp～165℃)在90℃以上的温度下会出现严重收缩。当隔膜在高温下破裂时，其收缩直接导致电池短路，随后电池的热失控可能引发火灾或爆炸。因此，与聚烯烃隔膜相比，理想的隔膜应至少具有两种性能：(1)高的热稳定性，可以防止高温下的短路；(2)阻燃性能，可以防止电池中的灾难性热失控。

2、本发明针对以上问题，提出了制备耐高温，导热、阻燃性优异的pi/al2o3涂覆勃姆石锂离子电池隔膜。聚酰亚胺(pi)是一种高性能聚合物，具有优异的耐化学性、良好的热稳定性和优异的机械性能。静电纺丝法作为一种高效的纳米纤维膜制备技术备受学者关注。静电纺丝法制备的纤维电池隔膜具有比商业电池隔膜更高的孔隙率和吸液率，可以为锂离子的传输提供更多的通道并容纳更多的电解液，从而提高隔膜的电化学性能。涂覆的勃姆石作为阻燃剂在400℃受热分解成h2o和al2o3，添加的纳米al2o3具有较好的耐热性，导热性和亲液性，有效降低了隔膜的热收缩率和提高了隔膜的浸润性，al2o3还可以中和电解液中游离的hf，提升电池的耐酸性和安全性能。基于以上思路，利用静电纺丝、浸泡涂覆法制备了一种pi/al2o3涂覆勃姆石隔膜，有望开发出集高耐热、阻燃、电化学性能优异的锂离子电池隔膜。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，以解决现有商业隔膜的电解液亲和性较差、热失控等问题。

2、为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

4、一、将4，4’-二氨基二苯醚(oda)于三口瓶中，加入n,n-二甲基乙酰胺(dmac)，待完全溶解后加入al2o3超声。

5、优选的，所述oda质量为3.0g，溶于40ml dmac；

6、优选的，所述al2o3质量为0.3135g；

7、优选的，所述超声时间为30min；

8、二、将均苯四甲酸酐(pmda)加入步骤一溶液中，持续搅拌直到出现爬杆现象，继续搅拌直到爬杆现象消失得到纺丝液；

9、优选的，所述pmda质量为3.27g；

10、优选的，所述搅拌时间为6h；

11、三、将纺丝液抽入推进器中，设置纺丝机参数进行高压静电纺丝得到纤维隔膜；

12、优选的，所述纺丝机推进速度为0.5ml/h；

13、优选的，所述纺丝机电压为17kv；

14、优选的，所述纺丝机接收装置和推进器距离为15cm；

15、四、将勃姆石、la133型粘结剂和去离子水，按照质量比20：3：77的比例进行磁力搅拌，得到勃姆石的涂覆浆料，将步骤三隔膜浸泡在浆料中得到复合隔膜；

16、优选的，所述磁力搅拌时间为4h；

17、优选的，所述浸泡时间为60s；

18、五、将隔膜进行热亚胺化梯度升温到300℃得到pi/al2o3涂覆勃姆石隔膜。

19、优选的，亚胺化梯度温度为80℃保温1h，120℃保温1h，180℃保温0.5h，220℃保温0.5h，250℃保温0.5h，300℃保温0.5h。

20、六、将隔膜在手套箱中按照正极壳-磷酸铁锂正极-电解液-隔膜-电解液-锂片-钢片-弹片-负极壳顺序组装纽扣电池。

21、优选的，所述电解液滴加量为100μl；

22、七、将纽扣电池放入封口机中进行封装。

23、优选的，所述封口压力为50mpa；

24、优选的，所述压力持续时间为10s。

25、与现有技术相比，本发明具有如下特点:

26、本发明制备了一种高安全性锂离子电池隔膜。由二酐和二胺分子结构组成的pi具有优异的耐热性、优异的化学稳定性和强的抗辐射性。同时，勃姆石(alooh)作为一种无卤阻燃剂，有望在热失控过程中实现libs的防火保护。添加的纳米al2o3具有较好的耐热性、导热性和亲液性，有效降低了隔膜的热收缩率和提高了隔膜的浸润性，al2o3还可以中和电解液中游离的hf，提升电池的耐酸性和安全性能。

27、本发明可获得一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法。

技术特征：

1.一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于通过添加al2o3和涂覆勃姆石来改善锂离子电池隔膜安全性问题。

2.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法是按以下步骤完成的：

3.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤一oda的烘干温度为140℃。

4.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤二的pmda烘干温度为140℃。

5.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤二的pmda按照二分法分批次加入。

6.根据权利要求2所述的一种一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于oda:pmda摩尔比为1：1.01。

7.根据权利要求2所述的一种一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤三所述的纺丝液纺丝前进行抽真空除气泡8h。

8.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤五所述的亚胺化梯度温度为80℃保温1h，120℃保温1h，180℃保温0.5h，220℃保温0.5h，250℃保温0.5h，300℃保温0.5h。

9.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤六所述的电解液滴加量为100μl。

10.根据权利要求2所述的一种一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤七所述的封口压力为50mpa，压力持续时间为10s。

技术总结
一种高安全性锂离子电池隔膜的制备方法，本发明涉及一种阻燃导热锂离子电池隔膜，本发明的目的是为了改善锂离子电池安全性问题，设计与研制了一种PI/Al2O3涂覆勃姆石隔膜，步骤如下：将ODA溶解在DMAc中搅拌，完全溶解后，加入纳米Al2O3超声，分批次加入PMDA直到出现爬杆现象后继续搅拌至爬杆现象消失得到纺丝液。通过高压静电纺丝得到PAA纤维膜，取勃姆石、粘结剂和去离子水，按照质量比20：3：77的比例磁力搅拌4h，得到勃姆石的涂覆浆料。通过浸泡涂覆法将隔膜涂覆上浆料，通过热亚胺化梯度升温得PI/Al2O3涂覆勃姆石隔膜，将隔膜组装成纽扣电池并测定其性能。本发明具有良好的电化学性能和导热、耐热阻燃性能，是一种高安全性的锂离子电池隔膜。

技术研发人员：崔巍巍,董昊林,黄云龙
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15