[发明专利]电化学电源隔膜及其制备方法、电化学电池或电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别是涉及一种电化学电源隔膜及其制备方法。本发明还涉及一种电化学电池或电容器。

背景技术

随着人类生产力的发展，越来越多的汽车行驶在城市、乡村的大街小巷中。汽车的普及给人们的生活带来了极大的便利。然而，伴随而来的问题也越来越严重。石油等不可再生能源的消耗不断加速，汽车尾气的排放给环境造成的影响也不断扩大。目前，人们为了解决这些问题提出发展电动汽车，以期取代传统汽车。而其中的关键在于是否有能量密度、功率密度足够大，循环寿命足够长、安全可靠的动力电池取代内燃机。而决定动力电池安全性的关键在于其中的隔膜，其主要的功能是隔绝正负极以防止电池自我放电及两极短路等问题。

目前锂离子电池普遍采用的隔膜为多孔聚烯烃隔膜。但是这种隔膜不仅对电解质的润湿性能差，而且耐热温度偏低。为提高锂离子电池和超级电容器的安全性，就必须提高隔膜的耐热性。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种电化学电源隔膜及其制备方法，该方法以聚偏氟乙烯-六氟丙烯作为基质材料，并加入有机短纤维，所得电化学电源隔膜孔径适合、耐热性能好，安全性高，从而可有效提高电化学电池或电容器的安全性。本发明还相应提供了一种电化学电池或电容器。

第一方面，本发明提供了一种电化学电源隔膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶于丙酮中配制成质量浓度为5~20%的聚偏氟乙烯-六氟丙烯丙酮溶液，再向上述溶液中加入去离子水，搅拌均匀后，得到乳液；所述乳液中去离子水的质量含量为1~10%；

向上述乳液中加入有机短纤维，混合均匀后，得混合乳液；

将所得混合乳液涂覆在洁净的玻璃基板上，烘干后，去除所述玻璃基板，即得电化学电源隔膜；

其中，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯中，所述六氟丙烯的质量含量为1~10%；所述有机短纤维为PET纤维、PAN纤维和芳纶纤维中的一种或多种。

优选地，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯丙酮溶液的质量浓度为8~12%。

偏氟乙烯和六氟丙烯的无规共聚物（PVDF-HFP）为部分结晶的聚合物，由于加入六氟丙烯的共聚效应使其结晶度较低，其无定形部分更易溶胀电解质液体而提高导电率，而结晶部分使得隔膜具有一定的机械强度，六氟丙烯的质量含量需控制在合适范围。

优选地，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯中，所述六氟丙烯的质量含量为4~8%。

将聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）溶解在丙酮溶剂中，再加入非溶剂去离子水，搅拌均匀得到混合体系的乳液。乳液中去离子水的含量直接影响着所得电化学电源隔膜的孔隙率和孔径大小，从而最终影响隔膜的透气率和导电率。

优选地，所述乳液中去离子水的质量含量为1~6%。

为了提高电化学电源隔膜的拉伸强度，在隔膜制备过程中加入有机短纤维，有机短纤维可以为PET纤维、PAN纤维和芳纶纤维中的一种或多种。这些有机短纤维具有很强的拉伸性能，分散性能良好，因此其加入可以增强电化学电源隔膜的力学性能，从而提高隔膜的使用安全性。

优选地，所述有机短纤维的直径为1~10微米，长度为1~5厘米。

将加入了有机短纤维的混合乳液涂覆在洁净的玻璃基板上，烘干后，去除玻璃基板，即得电化学电源隔膜。

所述涂覆的方式不做特殊限制。优选地，所述涂覆的方式包括刮涂或喷涂。

优选地，所述烘干操作在空气或真空条件下进行，烘干温度为40~100℃。更优选地，所述烘干温度为60~80℃。

优选地，烘干时间为6~12小时。

上述所得电化学电源隔膜，其基质材料聚偏氟乙烯-六氟丙烯中聚偏氟乙烯具有高熔点，因此使隔膜具有很高的耐热温度；同时在制备过程中通过调节去离子水的加入量可有效控制隔膜的气孔大小（孔径）和多少（孔隙率），从而调节隔膜的透气率和导电率；此外，在制备过程中还加入有机短纤维，从而很好地提高了电化学电源隔膜的拉伸强度，提高了隔膜的使用安全性，该隔膜孔径适合，适用于锂离子电池和超级电容器。

第二方面，本发明提供了一种由上述制备方法制备得到的电化学电源隔膜。该电化学电源隔膜的孔隙率为35~50%，平均孔径为20~100nm，厚度为20~30μm。

第三方面，本发明提供了一种电化学电池或电容器，该电化学电池或电容器的隔膜采用本发明第二方面提供的所述电化学电源隔膜。

本发明提供的电化学电源隔膜及其制备方法，具有如下有益效果：