一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)鋰電池隔膜或聚合物電解質(zhì)的制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋰電池隔膜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種納米單離子導(dǎo)體涂覆鋰電池隔膜及其制備方法。本發(fā)明所述的鋰電池隔膜是以聚合物多孔膜或無紡布為基材，采用單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物對基材進(jìn)行表面修飾得到的。本發(fā)明所制備的高性能低溫鋰電池隔膜厚度為5μm-100μm，透氣度為1s-1000s/100cc，孔隙率為30%-85%，孔徑范圍為0.02μm-8μm，電解液吸收率為100%-800%。本發(fā)明所提供的涂覆隔膜低溫性能優(yōu)良，離子遷移數(shù)和離子電導(dǎo)率高、倍率性能和長循環(huán)性能好并且改善其與正負(fù)材料之間的界面穩(wěn)定性。同時，本發(fā)明所提供的制備工藝簡單易行，生產(chǎn)成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】
一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)鋰電池隔膜或聚合物電解質(zhì)的制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜；本發(fā)明還涉及上述的單離子導(dǎo)體納米顆粒涂覆的鋰電池聚合物電解質(zhì)或隔膜的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]聚合物電解質(zhì)和隔膜是位于鋰電池正負(fù)極之間，其作用非常的重要，起到隔離正極和負(fù)極，防止電池內(nèi)部短路，同時在電池充放電過程中能夠使鋰離子快速傳輸?shù)茸饔茫涫卿囯x子電池的重要組成部分之一。聚合物電解質(zhì)的性能決定了電池的安全性能和內(nèi)阻，直接影響電池的充放電效率、容量和循環(huán)使用壽命等特性。用做鋰離子電池隔膜的材料，要具備好的機(jī)械強(qiáng)度、耐電解液腐蝕能力、低的電阻等特性。性能優(yōu)異的聚合物電解質(zhì)和隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。目前，市場上的鋰離子電池的電解質(zhì)體系包括隔膜和電解液，而隔膜主要是聚烯烴微孔膜，包括聚乙烯、聚丙烯、以及聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜。聚烯烴微孔膜具有優(yōu)良的縱向拉伸強(qiáng)度，良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。但也存在許多缺點:其對電解液的浸潤性不好，離子電導(dǎo)率低，熱收縮性能差等問題。
[0003]由于目前市場上的隔膜都單純的起到簡單的隔離作用，在相同的孔徑下，其對鋰離子電導(dǎo)率的提高沒有任何的幫助。然而據(jù)我們所知，截至目前并沒有把單離子導(dǎo)體納米顆粒涂覆到鋰電池隔膜或電解質(zhì)的方法來提高鋰電池的電化學(xué)性能的報道。鑒于此，本發(fā)明將單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物復(fù)合漿料在無紡膜上進(jìn)行刮涂或浸涂，成功制備了單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池電解質(zhì)體系，并將其應(yīng)用于鋰電池隔膜等領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池隔膜或者聚合物電解質(zhì)，提高現(xiàn)有電池電解質(zhì)的各項性能。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供制備一種單離子導(dǎo)體納米顆粒涂覆鋰電池聚合物電解質(zhì)和隔膜的方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒涂布鋰電池隔膜或電解質(zhì)為單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料涂覆到基材而制備的高性能鋰電池電解質(zhì)體系，離子導(dǎo)電率高于ICT3 S/cm,孔徑為500 nm - 2000 nm,膜厚度為5μηι - ΙΟΟμπι,膜透氣率為I S- 1000 s/100 cc，縱、橫向拉伸強(qiáng)度20 - 200 MPa，90°C下收縮率< 2%。所述基材包括聚烯烴微孔膜，聚酯(PET)無紡布，尼龍無紡布，芳綸無紡布，聚氨酯無紡布，芳砜綸無紡布，纖維素?zé)o紡膜和聚偏氟乙烯(PVDF)無紡布中的一種或多種復(fù)合。所述單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料為單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物按一定的比例配置，其中單離子導(dǎo)體納米顆粒質(zhì)量與聚合物質(zhì)量比為0.1:1?5:1。所述聚合物為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯基縮丁醛(PVB)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚苯乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)中的一種或多種。所述單離子導(dǎo)體納米顆粒包括單離子導(dǎo)體的一種或多種，單離子導(dǎo)體為聚合物硼酸酯鋰鹽，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如通式I所示:

【權(quán)利要求】
1.一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或隔膜，其特征在于:所述鋰電池聚合物電解質(zhì)或隔膜為單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料涂覆到基材而制備的高性能鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜，其特征在于:離子導(dǎo)電率高于10_3 S/cm，孔徑為500 nm - 2000 nm，膜厚度為5μπι-100μπι，膜透氣率為I s-1000 s/100 cc，縱、橫向拉伸強(qiáng)度20~200 MPa，90°C下收縮率< 2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜，其特征在于:所述的基材包括聚烯烴微孔膜、聚酯(PET)無紡布、尼龍無紡布、芳綸無紡布，芳砜綸無紡布，聚氨酯無紡布，纖維素?zé)o紡膜和聚偏氟乙烯(PVDF)無紡布中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜，其特征在于:所述單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料為單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物按一定的比例配置，其中單離子導(dǎo)體納米顆粒質(zhì)量與聚合物質(zhì)量比為0.1:1~5:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜，其特征在于:所述聚合物包括聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯基縮丁醛(PVB)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚苯乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜，其特征在于:所述單離子導(dǎo)體納米顆粒包括單離子導(dǎo)體的一種或多種，單離子導(dǎo)體為聚合物硼酸酯鋰鹽，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如通式I所示的:
R為C1-C5烷基、C1-C5氟代烷基的一種-J為:直鏈或帶支鏈的烷基，直鏈或帶支鏈的氟代烷基，芳基，氟代芳基的至少一種，具體結(jié)構(gòu)式包括如下:

7.一種制備權(quán)利要求1中所述一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或隔膜的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: a.制備單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料:將一種或多種上述的聚合物、一種或多種上述的單離子導(dǎo)體和適當(dāng)溶劑按一定濃度配比進(jìn)行研磨成單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料或溶液，真空脫除氣泡，靜置備用； b.對單離子導(dǎo)體納米顆粒和聚合物混合漿料或溶液進(jìn)行刮涂或浸涂:將步驟a制備的混合漿料或溶液注入刮槽，調(diào)節(jié)涂布的厚度參數(shù)、涂布拉伸張力和涂布速度，在一定的溫度下烘干收卷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或隔膜的制備方法，其特征在于:溶液的濃度為5 % - 25 %，所用適當(dāng)溶劑包括乙酸乙酯、甲醇、乙醇、丙三醇、丙酮、甲酸、乙酸、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、Y-丁內(nèi)酯、二甲基亞砜、環(huán)丁砜、二甲基砜、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或隔膜的制備方法，其特征在于:所述的刮刀厚度為2μπι - 150μπι，拉伸張力為2 MPa - 50MPa，涂布速度為 500 mm/min - 5000 mm/min ;干燥溫度為 50 °C - 130 °C。
10.權(quán)利要求1所述的一種單離子導(dǎo)體納米顆粒增強(qiáng)的鋰電池聚合物電解質(zhì)或者隔膜應(yīng)用于鋰金屬電池、鋰離子動力電池和儲能電池。
【文檔編號】H01M10/0565GK104183867SQ201410393380
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】崔光磊, 丁國梁, 劉志宏, 秦炳勝, 姚建華 申請人:中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所