[发明专利]一种锂离子电池隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、高输出电压、长循环寿命、环境友好等优势，已经成为当代最重要的化学电源之一。目前，除了在移动通讯、数码产品等领域有着广泛应用，锂离子电池正逐渐成为储能和电动汽车领域的重要电源系统。在锂离子电池中，隔膜主要起到隔绝正负极材料，传导锂离子的作用，其性能的优劣直接决定着锂离子电池的循环性能和安全性能。

锂离子电池中尤其是动力锂离子电池对隔膜性能要求更为严格，不仅要求具有良好的电化学性能而且必须具备良好的安全性能，比如热稳定性、拉伸强度以及保液能力。然而聚烯烃隔膜最大的缺陷在于有机电解液的接触性差，不易被电解液润湿，容易造成电解液的泄露，严重影响锂离子电池的离子电导率和安全性能。为此开发一种电解液润湿性好和离子电导率高的锂离子电池隔膜显得尤为重要。传统的聚合物普遍存在离子电导率偏低或机械强度或热稳定性差的缺点，目前的研究主流主要集中于聚合物与其它有机或无机颗粒进行共混进而充分利用聚合物基体和添加剂的优点，得到性能优良的隔膜。传统的提高隔膜耐热性能的方法是在隔膜中加入纳米氧化物颗粒，如二氧化钛、二氧化硅或氧化铝纳米颗粒。但纳米材料具有极大的比表面积，存在难以分散、易团聚的问题，难以均匀地分散于隔膜基体，因此往往导致得到的产品性能不理想。聚合物纳米材料正在引起越来越多的关注，聚合物颗粒不仅仅具备传统无机颗粒的小尺寸效应、表面效应等特殊性能，同时也能展示其作为高分子化合物的特性提高隔膜的界面稳定性，目前，聚合物颗粒的制备方法主要包括溶剂交换法和乳液聚合法，为提高固含量，过程中往往需要添加一定量的表面活性剂。石墨烯因其比表面积大、热传导稳定性好和介电常数高的特点受到广大研究人员的关注，而其优良的电导性阻止了其在电池隔膜中的应用。为此提供一种消除石墨烯在隔膜中的电导性解决方法是研究石墨烯在电池隔膜中应用的关键。

发明内容

为此，本发明提供一种消除石墨烯电导性且性能优良的锂离子电池隔膜的制备方法。

一种聚合物、高密度聚乙烯颗粒和石墨烯锂离子电池隔膜的制备方法，其包括以下步骤：

（1）常温下将石墨烯纳米片和有机溶剂共混，通过超声制备得到浓度小于0.1g/L的石墨烯纳米片分散液；所述有机溶剂是N-二甲基乙酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺中的一种或多种；

（2）将高密度聚乙烯在邻苯二甲酸二丁酯中100-220℃加热10-60min进行溶解，采用乳液聚合法制备粒径小于600nm的高密度聚乙烯颗粒；

（3）将聚合物溶于有机溶剂，按聚合物、高密度聚乙烯颗粒、石墨烯纳米片分散液和成孔剂质量分数分别为8-25%、0.01-4%、0.00001%-0.01%和0.05%-5.0%配料，再加入配料总质量65.99%-91.94%的有机溶剂一起加热搅拌得到聚合物、高密度聚乙烯颗粒和石墨烯共混均匀铸膜液；所述的聚合物为聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯；

（4）通过浸没沉淀法得到聚合物、聚合物颗粒和石墨烯共混锂离子电池隔膜；所用非溶剂为水、乙醇、丙醇、乙二醇中的一种或多种，初成膜时间为5s-3h，所制备隔膜厚度在10μm到100μm。

优选的，所述步骤（1）中，有机溶剂是N-二甲基乙酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、N-甲基吡咯烷酮中、N-甲基甲酰胺中的一种或多种，制备石墨烯纳米片和有机溶剂共混液超声时间为0.1 h以上。

所述步骤（2）中，分散相是邻苯二甲酸二丁酯，所用连续相为水、乙醇、丙醇、乙二醇中的一种或多种。

优选的，所述步骤（2）中，高密度聚乙烯溶解于邻苯二甲酸二丁酯的温度控制在120-200℃，加热时间在20-60min，所制备得到的聚合物颗粒的粒径为10-500nm。

所述步骤（3）中所述的有机溶剂与步骤（1）中所用溶剂相同。

所述步骤（3）中所述的成孔剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、丙酮、有机小分子或LiCl无机盐中的一种或多种。

优选的，所述步骤（3）中聚合物、高密度聚乙烯颗粒、石墨烯共混铸膜液中共混铸膜液各有效成分质量分数为：聚合物质量分数为10%-20%，高密度聚乙烯颗粒质量分数为0.1%-1%，石墨烯质量分数为0.0001%-0.01%，成孔剂质量分数为1%-3%，有机溶剂占配料总质量的75.9%-88.9%。优选的，所述步骤（4）中初成膜时间为5s-2h，所制备隔膜厚度在20μm到100μm。