[发明专利]一种锂离子电池聚合物隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池聚合物隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：使用聚合物单体在引发剂的作用下在层状硅酸盐的层间原位聚合，得到有机改性的层状硅酸盐纳米颗粒，并引入到聚合物隔膜基体中，采用非溶剂致相分离法制备聚合物隔膜。经测试表明与传统隔膜相比，本发明工艺制备的聚合物隔膜能够显著提高吸液率进而提高了锂离子电导率。并且在有效范围内添加一定量的层状硅酸盐纳米颗粒有利于提高聚合物隔膜的机械强度与热稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池聚合物隔膜的制备方法。

背景技术

隔膜是锂离子电池重要的组成部分，隔膜是介于正极与负极之间的一层膜材料，具有两种最基本的功能：电子绝缘体，防止电池内部短路；在电池内部提供锂离子传输通道。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能等特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

国际市场上锂离子电池隔膜产品主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及PE/PP复合膜，目前国内锂离子电池隔膜生产厂家所采用基体材料基本上依赖进口。聚烯烃隔膜以其具有优良的力学性能、化学性质稳定、较好的耐酸碱能力、物理性质均一等优点很快获得了研究者的认可，但液态锂离子电池存在漏液等安全问题，使得锂离子电池隔膜安全性研究得到关注。固态电解质的研究率先进入公众视线，但是室温下固态电解质的锂离子电导率很难达到锂离子电池应用的要求，于是聚合物隔膜的开发用于解决固态电解质和液态电解质之间的矛盾。聚合物隔膜具有能满足锂离子电池隔膜所需要的基本性能要求，如绝缘、具有一定的机械强度和柔韧性、离子电导率高、锂离子迁移数高、电解液亲和性好、对金属锂的反应活性低、化学、热力学和电化学稳定性好等。同样，聚合物隔膜在凝胶化后机械性能变差的缺点使得锂离子电池存在安全隐患。

本发明采用非溶剂致相分离法通过添加改性层状硅酸盐纳米颗粒制备一种锂离子电池聚合物隔膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池聚合物隔膜的制备方法，采用该方法制备的聚合物隔膜具有高的离子电导率，热稳定性和机械强度显著提高，能够有效提高锂离子电池的循环性能和安全性。

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聚合物隔膜的制备方法，具体包括以下步骤：

①插层修饰的层状硅酸盐纳米颗粒的制备：取层状硅酸盐纳米颗粒与NaCl(5g/L)溶液进行逆流洗涤数次除去层间的杂质阳离子，得到Na型层状硅酸盐纳米颗粒，称取Na型层状硅酸盐纳米颗粒分散于去离子水中，在70℃下强烈搅拌1h，得到Na型层状硅酸盐分散液，将聚合物单体、聚合引发剂加入到Na型层状硅酸盐分散液中(其中Na型层状硅酸盐纳米颗粒、聚合物单体、聚合引发剂和去离子水质量比为1：(0.2-0.5)：(0.1-0.2)：(50-100))，在70℃下强烈搅拌12h，得到混合液，将混合液冷却至30℃进行低温聚合，过滤，用去离子水反复洗涤，在70℃下真空干燥至恒重，得到聚合物单体插层修饰的层状硅酸盐纳米颗粒。

②锂离子电池聚合物隔膜的制备：称取聚合物，聚合物单体插层修饰的层状硅酸盐纳米颗粒，造孔剂，溶剂混合后，在50-90℃下熟化10h、搅拌24h，并在常温下静置脱泡48h后得到铸膜液(其中聚合物、聚合物单体插层修饰的层状硅酸盐纳米颗粒、造孔剂和溶剂质量比为(6-8)：(1-2.5)：1：(38.5-42))；将铸膜液在玻璃板上流延成膜；放入混合凝固浴10min，然后浸泡在去离子水中形成初成膜；初成膜置于无水乙醇中浸泡24h，取出，放入正丁醇中浸泡24h，在空气中晾干，得到一种锂离子电池聚合物隔膜。

所述聚合物单体为丙烯腈、偏氟乙烯、氧化乙烯、甲基丙烯酸甲酯中的一种。

所述聚合引发剂为过硫酸铵、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、二异丙基过碳酸脂中的一种或多种。

所述聚合物单体插层修饰的层状硅酸盐纳米颗粒的质量占铸膜液的质量分数为2％-4％。