[发明专利]基于交联与线形聚合物的多孔性锂离子电池隔膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于交联与线形聚合物的多孔性锂离子电池隔膜及其制备方法与应用。具体制备方法是：聚偏氟乙烯‑六氟丙烯、（甲基）丙烯酸酯类单体及八乙烯基多面体齐聚倍半硅氧烷交联剂及纳米氧化性在合适溶剂中混合均匀，经自由基聚合形成具有交联结构的凝胶聚合物膜,并且经过纳米氧化锌的致孔作用后，25℃时其离子电导率达到1.4×10^‑3 S/cm，拉伸强度达到16 MPa，且具有优异的尺寸稳定性。本发明所得到的锂离子电池隔膜能够使离子电导率得到较大的提高，高倍率充放电性能也得到明显的提升，具有良好的应用潜力。

技术领域

本发明属于电池隔膜材料技术领域，具体涉及一种基于交联与线形聚合物的多孔性锂离子电池隔膜制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池是一种通过锂离子(Li⁺)在正负极材料中嵌入和脱嵌来工作的一种可充放电电池，它一般是由正极、负极、隔膜、电解质和电池外壳五部分组成，与传统电池相比，锂离子电池具有比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、没有记忆效应等优点，被广泛应用于手机、手提电脑及电动汽车等领域。隔膜作为锂离子电池中最关键的内部组件之一，具有承载电解液，传输电解质和隔离正负极，防止电池短路两个作用，这就要求隔膜具有良好的电化学性能和机械性能。根据组成与结构的不同，锂离子电池隔膜可分为四类：聚烯烃微孔膜，非织造隔膜，聚合物/无机复合隔膜及聚合物电解质隔膜。

聚烯烃隔膜的原材料一般为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及PE/PP复合膜，聚烯烃隔膜常用的制备方法有湿法和干法两种。聚烯烃隔膜具有成本低廉，电化学稳定性好等特点，但是，它同时也有热稳定性差、浸润性能差等不足。主要生产微孔聚烯烃膜的厂家有Celgard、Entek、DSM、Tonen。

非织造隔膜又称为无纺布隔膜，这类隔膜的显著特点是具有三维孔洞结构，并且孔隙率高。目前非织造隔膜最主要的制造方法是静电纺丝法，它有效地解决了非织造隔膜最大的两个问题：孔径过大和孔径分布不均匀。但是，由于它的制造成本过大，不适合大规模生产。

聚合物/无机复合隔膜是在聚合物隔膜中引入无机纳米粒子，如二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)及氧化锌(ZnO)等。无机纳米粒子的引入，不仅可以增强隔膜的机械强度和尺寸稳定性，还能增加隔膜的孔隙率、降低聚合物的结晶性能。但是存在纯无机纳米粒子分散性差、与高聚物结合差和易洗脱的问题。

聚合物电解质膜是一种自身具备离子传导能力的隔膜，在电池中起到隔膜和电解质双重作用。凝胶聚合物电解质隔膜是一种典型的聚合物电解质隔膜，相较于其他隔膜，它具有高吸液率、高保液率、良好的热稳定性及电化学稳定性等优点。但是，其机械强度较低，且目前凝胶聚合物电解质制备成本较高，尚不具备大规模生产的条件。

锂离子电池隔膜的性能关键在于它的微孔结构。微孔的孔径大小与分布对隔膜的机械性能和电化学性能有很大影响，孔径过大、过小或者微孔分布不均匀，最终会导致电池的性能下降。在现有技术中，已有一些关于多孔性锂离子电池隔膜及其制备方法的报道。例如：添加致孔剂能够有效地在隔膜内部形成微孔结构。但是，致孔剂的加入很大程度上会削弱隔膜的机械性能。因此，需要寻求更好的交联结构及改进致孔方法，以增强聚合物隔膜的机械强度和电化学性能，从而满足锂离子电池的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于交联与线形聚合物的多孔性锂离子电池隔膜及其制备方法，其具有热稳定性好、机械强度高、吸液率高、离子电导率高、电化学稳定性高、循环性能好的优势，能满足锂离子电池的应用需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于交联与线形聚合物的多孔性锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤，以聚偏氟乙烯-六氟丙烯、甲基丙烯酸酯类单体与烯烃交联剂为原料，在引发剂、致孔剂存在下，制备基于交联与线形聚合物的多孔性锂离子电池隔膜。