[发明专利]一种改性锂离子电池隔膜的制备方法

说明书

本发明的一种改性锂离子电池隔膜的制备方法属于锂离子电池隔膜修饰的技术领域，步骤包括配制Zn(AC)subgt;2/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O和CTAB的乙醇溶液、混合形成淡黄色沉淀、加入纳米金刚石加热得到纳米金刚石/氧化锌复合材料ZnO/NDs、制备NDs胶体溶液或ZnO/NDs胶体溶液、涂覆在聚丙烯隔膜上得到改性锂离子电池隔膜材料等。本发明制备的新型隔膜修饰材料具有良好的电化学性能，用其制作的锂离子电池，具有良好的循环稳定性和递增的容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜修饰的技术领域，涉及一种纳米金刚石(NDs)和纳米金刚石/碳酸锌(ZnCO₃)修饰聚烯烃隔膜的改性方法。

背景技术

锂离子电池由于其高能量密度和长循环寿命，已成为各种电子存储领域的标准电源。作为锂离子的重要组成部分，虽然隔膜不参与电化学反应，但它为锂离子的传输提供了通道，同时防止正负极的直接接触，避免短路。目前，商业中最普遍的隔膜是湿法或干法制备的聚烯烃，如聚丙烯(PP)隔膜，它具有良好的电子绝缘性和低离子迁移电阻，然而，不理想的电解质浸润性、热稳定性和力学性能极大地限制了其广泛的应用。在较高的电流密度下，由于阳极和隔膜上不可逆的锂沉积或锂剥离，电极容量易受到很大的影响。面对这种问题，除了改性阳极外，开发简单可行的方法将新型材料引入普通隔膜，来提高电池的稳定性和容量是有效的改进途径之一。近期，有研究者沉积类金刚石膜在PP隔膜上作为分离层，有效的抑制了锂枝晶的生长。然而，较高的生产成本仍然是一个挑战。

爆轰纳米金刚石(NDs)作为一种重要的功能材料，具有高锂离子吸附能力、化学惰性和催化性能，其在锂离子电池阳极、电解质和阴极中的作用已经被证明并报道。然而，纳米金刚石对隔膜的作用却从未有人报道过。除纳米金刚石外，锌和氧化锌也是常用的两种锂离子电池负极材料，但由于其导电性质，限制了其在隔膜领域的应用。在之前的工作中，申请人课题组发现，ZnO纳米棒在纳米金刚石的催化作用下通过与潮湿空气中二氧化碳和水长时间反应(例如几个月)形成了表面电绝缘的ZnCO₃纳米线。将这种ZnCO₃纳米线生长在隔膜上，在电池的充放电过程中原位锂化生成Li₂CO₃和锂锌合金，防止了电池循环过程中固态电解质形成导致的电解液分解。同时，NDs和Zn对锂离子都具有很低的成核势，部分吸附锂离子一起嵌入石墨负极，在反复的循环过程中催化了石墨负极向寡层石墨烯的转变。与传统的PP隔膜相比，改性后的隔膜在不同的充放电倍率下都具有较高的稳定性和容量。可见，沉积在聚烯烃隔膜上的NDs和NDs/ZnCO₃材料可以大大提高锂离子电池的性能，为离子电池的改性提供了一种可行、低成本、高效的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的不足，通过修饰材料的选择和特殊结构的设计，提供一种安全性能高、循环性能稳定、并在循环过程中催化了石墨电极向寡层石墨烯转变的，新型锂离子电池隔膜的修饰方法。

本发明先是以氢处理后的纳米金刚石胶体溶液，以及水热法合成的NDs/Zn复合物为原料，经过超声30分钟，制得NDs和NDs/ZnO胶体溶液，再将两种胶体涂在商用PP隔膜上，在空气中放置一周，即得到NDs和NDs/ZnCO₃修饰的聚丙烯隔膜材料，极大地改善了锂电池在大电流密度下的循环性能。

本发明的具体技术方案如下：

一种改性锂离子电池隔膜的制备方法，有以下步骤：

1)按摩尔比2.4:2:4:1取Zn(AC)₂·2H₂O、CTAB(十六烷基三甲基氨溴胺)、NaOH和EDA(乙二胺)，分别溶于乙醇中得到各自的乙醇溶液；

2)向Zn(AC)₂·2H₂O的乙醇溶液中依次滴加CTAB、NaOH和EDA的乙醇溶液，边滴加边搅拌，逐渐形成淡黄色沉淀；