[发明专利]一种去质子化多巴胺包覆薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种去质子化多巴胺包覆薄膜及其制备方法与应用。其去质子化多巴胺包覆薄膜的方法为：利用多巴胺单体在缓冲溶液中氧化自聚合包覆在高分子薄膜基体表面，形成一层均匀包覆层，之后在碱性溶液中浸泡，去掉包覆层表面酚羟基，羧基等官能团含有的质子，即进行去质子化处理。该方法改性得到的薄膜不仅具有阻抗低，离子传导率高的特点，更因去质子化处理，使得电池首次充放电效率及库伦效率明显提高，循环性能增强。

技术领域

本发明涉及电池隔膜制备领域，具体涉及一种去质子化多巴胺包覆薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

隔膜是锂电池结构中的重要组成部分，其性能直接影响相应的电池的容量和循环性能。现今市场上主要的应用电池隔膜主要是聚烯烃类薄膜，但鉴于产品一致性等方面的问题，国内的动力电池隔膜供应由国外高端隔膜生产厂家所垄断。因此，开发具有自主产权并拥有优异性能的电池隔膜是十分必要的。

聚烯烃类薄膜因其较高的孔隙率，较低的电阻以及较强的抗酸碱能力和良好的抗撕裂强度等优势，一直是电池隔膜市场的主角。但其对电解液的亲和能力不强，极差的亲水性导致其对的电解液的洗液/保液能力不强，从而影响电池充放电过程中的倍率性能。

针对传统电池隔膜-聚烯烃类薄膜的改性人们做了大量的工作，专利CN1554695A在聚烯烃薄膜表面涂覆了一层偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)，通过PVDF-HFP的强极性，提高其对电解液的浸润性，文献“新型锂电池用复合隔膜的制备及其电化学性能表征”，在锂电池隔膜表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯提高了隔膜对电解液的润湿性能，但二者基体涂覆层之间的作用力不强，仍存在隔膜和涂层见结合力不足而脱落的问题；采用其他的改性处理方法(如专利CN186077A、CN1476484A等)虽然提高了锂离子电池隔膜对电解液的浸润性能，但其应用和处理成本要求高，存在一定缺陷。

多巴胺(dopamine)是一种生物神经递质，在水溶液条件下，它能在溶解氧的作用下发生氧化-交联反应，形成强力附着于固体材料表面的聚多巴胺复合薄层，基于多巴胺的这一特性，近年来膜技术研究者们通过多巴胺在固体基膜上的自聚-复合，对膜进行表面改性，并以具有反应活性的聚多巴胺复合层为平台，对膜进行进一步的表面修饰,实现膜的功能化。

现有技术也公开了多种聚多巴胺改性电池隔膜。CN103545474A公开了一种聚多巴胺改性的锂离子电池隔膜及其制备方法，其选用聚多巴胺为活性层，涂覆到隔膜的表面和隔膜内控表面，大幅提高了电池的倍率性能；专利CN103682216A提出了一种利用生物材料多巴胺进行包覆改性的方法，其多巴胺为一种贻贝类生物分泌的粘性物质的主要活性物质，其对基质有着强烈的吸附能力，因而可以解决涂层脱落的问题。但聚多巴胺改性电池隔膜的电池倍率性能仍有待提高。

发明内容

针对现有技术的多巴胺改性电池隔膜，为了进一步提高电池倍率的性能，发明人通过研究发现，现有技术中制备的多巴胺改性电池隔膜，多巴胺酚羟基中含有的质子不可避免的对电池的性能产生影响，导致其循环性能和库伦效率下降；通过对多巴胺包覆改性的聚烯烃类薄膜进行了去质子化处理，消除由聚多巴胺涂层引入的质子对电池正负极的影响，可以极大提高相应锂离子电池的循环性能和倍率性能。

具体的，本发明涉及以下技术方案：

首先，本发明提供一种多巴胺涂层改性锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)在多孔柔性高分子薄膜基体表面粘结有聚多巴胺涂层，制备多巴胺改性的薄膜；

(2)对多巴胺改性的薄膜进行碱液浸泡，进行聚多巴胺中基团的去质子化处理，获得去质子化多巴胺包覆薄膜。

其中优选的，步骤(1)中作为基体的柔性高分子薄膜为聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)以及聚乙烯-聚丙烯复合隔膜(PP-PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)等常见聚烯烃类电池隔膜。