[发明专利]一种锂离子电池杂化隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池杂化隔膜的制备方法，包括以下步骤：将聚偏氟乙烯和聚丙烯腈按比例混合后，熟化、搅拌，脱泡后得到纺丝前躯体溶液；将纺丝前躯体溶液在一定的纺丝条件下进行纺丝得到纤维膜，然后将干燥后的纤维膜进行改性纳米Si₃N₄颗粒分散液的抽滤处理，得到锂离子电池杂化隔膜。本发明工艺制备的锂离子电池杂化隔膜，与传统隔膜相比，本发明工艺制备的锂离子电池隔膜能够显著提高电池的容量保持率和库伦效率；具有高的吸液率、拉伸强度和高安全稳定性；隔膜制备工艺条件温和，生产成本低。

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

作为一种节能与环保并重的新能源产品，动力型锂离子电池已经成为新能源汽车的主流动力电池产品。隔膜作为锂电池的四大关键元件(正极、负极、隔膜、电解液)之一，在电池中起着阻隔正负极电子电导，允许电解液离子自由通过从而实现离子传导的重要作用，是电池容量、循环能力和安全性能的重要决定因素。性能优异的隔膜材料对提高电池的综合性能具有十分重要的作用。我国隔膜产业化之路从2000年到现在已经发展了将近20年的时间，属于新兴产业，但是由于国内大量生产的聚烯烃质量不能满足锂离子电池隔膜的需求，需要对其进行改性。普通的聚烯烃被制成电池隔膜以后，价格翻了上百倍，具有极大的经济效益。但是，目前不论干法还是湿法制备的聚烯烃隔膜，仍然存在热稳定性不好，引起了电池的安全性问题，在生活中出现了很多次的电池爆炸或燃烧事件。同时隔膜对电解液的浸润性比较差，导致电池电性能和循环性能差。而且，由于对电解质的浸润性不好，使得聚烯烃隔膜在电池充放电速度和循环寿命上存在不足，对大尺寸电池，其缺陷尤为明显。在研发新的隔膜制备方法的同时，开发相应改性技术以改善隔膜性能尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池杂化隔膜的制备方法，采用该方法制备的锂离子电池隔膜具有高吸液率、孔隙率和热稳定性能，同时具有较低的电化学阻抗和较高的离子电导率，用该方法制备的锂离子电池隔膜具有优异的循环稳定性和高的放电比容量。为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种锂离子电池杂化隔膜的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)表面改性纳米Si₃N₄的制备：取适量的纳米Si₃N₄在100-120℃的烘箱下活化处理2-4h后，置入三口烧瓶中，并加入适量二甲苯做溶剂，在通氮气保护氛围下，先强力搅拌20-30min，然后超声分散5-15min，超声的同时向三口烧瓶中加入钛酸酯表面改性剂，在60-65℃下回流2-3h，将回流后的混合液倒入敞口容器中，在65-80℃的烘箱中真空干燥10-13h得到纳米颗粒，所得纳米颗粒在45-55℃下用二甲苯在索氏提取器中进行索氏提取60-72h，得到表面改性的Si₃N₄；其中所述纳米Si₃N₄、二甲苯、钛酸酯表面改性剂的比例为1g：(100-200ml)：(0.05-0.20g)；

(3)静电纺丝纤维膜的制备：取一定量的聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)，溶解在溶剂中，配置成一定浓度的前躯体溶液，前躯体溶液在60-80℃下熟化12-24h、搅拌24-36h，静置24-48h；然后用前躯体溶液进行静电纺丝，设置纺丝电压为10-30KV，溶液注射速率为0.5-1.5ml/h，接收距离为3-15cm；纺丝得到的纤维膜置于60℃真空干燥箱中干燥12-18h，得到干燥的静电纺丝纤维膜；

(3)锂离子电池杂化隔膜的制备：将步骤(1)中得到的表面改性纳米Si₃N₄颗粒和分散剂配置成质量浓度为0.5-1.5％的分散液，在分散液中加入少量粘结剂，用步骤(2)中得到的干燥的静电纺丝纤维膜对含有粘结剂的分散液进行抽滤处理，抽滤完成后，将静电纺丝纤维膜置于50-80℃下进行真空干燥，以去除残余分散液，制备出锂离子电池杂化隔膜。