[发明专利]一种可充电锂离子电池的复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可充电锂离子电池的复合隔膜及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。本发明采用液相法在PVDF基体中掺杂滑石粉制备复合隔膜，并以LiFePO₄为正极，设计了一种高倍率、安全、低成本的锂离子电池。本发明采用滑石粉作为隔膜添加剂，使得复合隔膜的润湿性和耐热性得到大幅度提高。使用其装备的磷酸铁锂正极对锂负极半电池在常温下的倍率性能和循环性能显著提升。

技术领域

本发明涉及一种可充电锂离子电池的复合隔膜及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

可充电锂离子电池(LiBs)具有工作电压高、无记忆效应、工作寿命长等优点，为了满足新型便携式电子设备、远程电动汽车、太阳能/风能储能等日益增长的需求，已成为国内外研究的热点。随着对更高能量需求的不断增加，需要不断优化LIBs中的关键组分(阴极、阳极、电解液、隔膜)。其中隔膜作为一种非活性组分，位于阴极和阳极之间，对锂离子电池的容量、成本效益、寿命和安全起着至关重要的作用。

现有聚烯烃基材料，如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，由于高机械强度和低成本，被广泛用作LIBs的商业隔膜，然而，其不理想的热稳定性和润湿性限制了其进一步的应用。由于聚偏氟乙烯(PVDF)具有较强的吸电子基官能团和较低的结晶度，具有较好的热稳定性和良好的润湿性，因此围绕PVDF基的隔膜目前正在大量研究，以解决上述问题。然而，它们的进一步发展受到两方面的限制：一是PVDF基膜机械强度低而电极坚固，在充放电过程长出的锂支晶会刺穿隔膜从而导致电池短路；二是Li阳极活性高，导致放电容量快速衰减。为了突破这些瓶颈，大量的策略被用于提高PVDF基隔膜的整体性能。现有研究表明无机颗粒(ZrO₂，SiO₂，Al₂O₃，TiO₂)的加入或通过湿法改性的方式在一定程度上提高了复合聚合物隔膜的电解液吸收率、机械强度和热稳定性。然而，电解液与掺杂的无机粒子间相容性较差，导致由这些复合隔膜组装的电池倍率性能差，安全问题严重，放电比容量低。

因此，提供一种高倍率、安全、低成本的用于锂离子电池的复合隔膜是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有上述技术问题，提供一种可充电锂离子电池的复合隔膜及其制备方法和应用。

本发明的技术方案：

一种可充电锂离子电池的复合隔膜，该复合隔膜由复合浆料制备而成，所述的复合浆料包括以下按重量份计的原料：有机溶剂83％～90％，隔膜基材9％～14％，隔膜添加剂1％～3％。

进一步限定，有机溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇中一种或两种以上以任意比例混合。

进一步限定，隔膜基材为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜中一种或两种以上以任意比例混合。

进一步限定，隔膜添加剂为滑石粉和/或蒙脱土。

上述可充电锂离子电池的复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将隔膜基材和有机溶剂混合均匀，在50℃～80℃的油浴条件下搅拌6～8h，直至隔膜基材完全溶解，冷却至室温，获得隔膜基材溶液；

步骤二，将隔膜添加剂加入到步骤一获得的隔膜基材溶液中，室温搅拌12～24h，获得复合浆料；

步骤三，将步骤二获得的复合浆料均匀的涂敷在玻璃板上，真空60℃干燥8～12h，得到复合隔膜。

进一步限定，复合隔膜厚度为25μm。