[发明专利]一种电压敏感性隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，具体涉及一种电压敏感性隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池现已广泛应用于各种便携式电子设备中，并被视为电动汽车理想的配套电池。目前，阻碍大容量、高功率锂离子电池发展的主要障碍之一是电池的安全性尚待进一步提高。研究表明，过充电是导致锂离子电池发生不安全行为的最危险因素，当电池处于过充状态时，阴极脱锂电势随过充程度增加而迅速上升，超过一定限度后，引起电池内部有机电解质溶液的不可逆氧化分解，产生可燃性气体并放出大量的热，导致电池内部温度及压力上升，并引发一系列放热反应，从而导致电池内部热失控。

为解决过充电给电池带来的安全隐患，近年来人们开始致力于发展电池内部自激发保护机制，如通过在电解液中加入氧化还原电对，或者可电聚合单体添加剂以阻止电池过充。但由于现已发现的氧化还原电对添加剂在有机电解液中的溶解度较小，仅能提供非常有限的钳制电流，对电池的实际应用起不到明显的过充保护作用；而可电聚合添加剂仅能提供不可逆的保护作用，在发生作用的同时电池本身也失去了电性能。

最近研究表明，采用具有电压敏感性质的导电聚合物隔膜可以有效地钳制充电电压而阻止电压失控，其工作原理为：采用具有电化学活性的聚合物作为电池隔膜骨架材料，在电池正常的充放电压范围内，隔膜中的电活性聚合物处于未掺杂的本征态，隔膜为电子绝缘体，仅提供离子传输；当电池处于过充状态时，正极电势上升，电活性聚合物因被氧化而发生掺杂，变成电子导电体，从而造成电池内部短路，消耗外部充电电流，防止电池电压的进一步上升；而当停止过充后，正极电位由于隔膜形成的内部短路而降低，当低于电活性聚合物材料的电氧化掺杂电势时，导电聚合物因可逆脱杂而恢复为绝缘态，此时隔膜恢复其正常功能。

基于此，如何制备一种电压敏感性隔膜成为本发明研究的课题。

发明内容

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电压敏感性隔膜的制备方法，步骤如下：

S1.称量：按重量分别称取粘接剂、三苯胺、有机溶剂；

S2.先将S1所称取的粘接剂溶于有机溶剂中，然后加入三苯胺，溶解后得到粘接剂和三苯胺的混合溶液；

S3.将商品化隔膜浸入到S2所制得的粘接剂和三苯胺的混合溶液中，浸渍隔膜；

S4.干燥：对S3浸渍后的隔膜进行干燥处理，即可得到电压敏感性隔膜。

进一步地，所述粘接剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或几种。

进一步地，所述有机溶剂为丙酮、氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种。

进一步地，步骤S1中所称取粘接剂、三苯胺单体、有机溶剂质量分数分别为：1-3%、5-15%、82-94%。

进一步地，所述商品化隔膜为单层聚丙烯膜、单层聚乙烯膜、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层隔膜中的一种。

进一步地，步骤S4所述隔膜在60~90℃下进行低温干燥。

进一步地，所述电压敏感性隔膜厚度为12~40微米。

本发明采用浸渍法将三苯胺单体涂覆在隔膜的两侧，应用到磷酸铁锂电池中，首次充电即电氧化聚合成聚三苯胺，然后利用聚三苯胺这种电活性聚合物的可逆掺杂/脱杂，以及其导电性随掺杂/脱杂的进行在导电态和绝缘态之间可逆变化的特征，对电池进行过充保护。利用本发明所制备的具有可逆过充保护功能的电压敏感隔膜，特别是对磷酸铁锂电池，能起到有效的可逆过充保护作用。本发明所公开的制备方法，操作简单，实用性强。

具体实施例

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1

一种电压敏感性隔膜的制备方法，步骤如下：

S1.按照粘结剂PVDF、三苯胺单体、有机溶剂丙酮的质量分数分别为1%、5%、94%的要求分别称取PVDF、三苯胺单体、丙酮；

S2.先将PVDF溶于丙酮中，然后加入三苯胺单体，溶解后得到PVDF和三苯胺单体的混合溶液；

S3.将商品化单层PP隔膜浸入到S2所制得的PVDF和三苯胺单体的混合溶液中，浸渍隔膜；

S4.对S3浸渍后的隔膜在65℃环境下进行低温干燥处理，即可得到电压敏感性隔膜，膜厚度为20μm。

该隔膜应用于磷酸铁锂电池中，对此电池进行过充，过充程度为100%，其电压钳制平台为4.0V，然后对电池进行放电，放电容量为1995mAh。

实施例2

一种电压敏感性隔膜的制备方法，步骤如下：