CN102487132A

CN102487132A - 一种电池用隔膜

Info

Publication number: CN102487132A
Application number: CN2010105675594A
Authority: CN
Inventors: 徐亮良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-06

Abstract

一种电池用隔膜，属于电池领域。针对公知的聚合物电解质膜，或者存在成本高，或者存在离子电导率差，或者存在机械强度差，或者存在操作复杂的问题，提出了新的技术解决方案。提供了一种成本低廉，原料便宜易得，离子电导率高，机械强度高，操作简单，并且电化学稳定性好的聚合物电解质膜。其主要特征是，该隔膜至少由薄片状多孔支撑体，烯烃基化合物，烯烃基有机盐组成。本电池用隔膜具有广泛用途。

Description

一种电池用隔膜

技术领域

本发明涉及一种电池用的将正极和负极隔开的隔膜，属于电池领域，主分类号为H01M2/14。

背景技术

中国锂离子电池生产所需的隔膜材料主要依靠进口。2007年耗用外汇超过1.8亿美元(价格以每平方米2.8美元计)，每年进口锂离子电池隔膜在6080万平方米，并以12％的速度递增。到2011年全球需要的锂离子电池隔膜将达到3.53亿平方米，销售额将达到11.26亿美元。市场需求量将是目前市场的1.8倍，销售额将是2007年的2.3倍。

作为锂离子电池的关键材料之一，隔膜成本占到了整个电池成本的1/3左右。隔膜在电池中起着防止正/负极短路，同时在充放电过程中提供离子运输通道的作用，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

聚合物电解质隔膜：聚合物锂离子电池是近年来研究的热点，由于采用固态(胶体)电解质代替液态电解质，聚合物锂离子电池不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题。其使用的聚合物电解质具有电解质和隔膜的双重作用。自从1999年聚合物锂离子电池投放市场以来，由于其具有重量轻，比能量高，安全性能好等优点引起人们广泛关注。聚合物电解质膜是聚合物锂离子电池的关键性材料，对电池的电化学性能有很大的影响，因此制备离子电导率高，电化学稳定性好的凝胶态聚合物电解质膜是聚合物锂离子电池研究的重点之一。制备凝胶态聚合物电解质膜有Bellcore法和相转移法。由于Bellcore方法采用溶剂萃取增塑剂造孔，操作复杂，对环境要求高，给大规模工业应用带来一定的困难。近年来研究较多的是相转移单层制膜法，这样制得的凝胶态聚合物电解质膜的离子电导率虽高，但其机械强度较差，难以适用于高速自动化制备电池的过程.因此，Jeong等人采用在多孔支撑膜(PE膜)双面涂敷一层聚合物制备凝胶态聚合物电解质膜，取得了较好的结果。最近Song等人为了降低支撑膜的成本，以无纺布代替PE多孔膜，将含有一定量的PEGDA-PVDF-PMMA的混合电解质溶液涂敷在无纺布上光照聚合成膜。Song等人采用的是三元聚合物共混体系，用紫外光引发聚合反应成膜，过程仍然比较复杂，离子电导率也较差。价格及其他一些技术问题，如常温下离子电导率低等是限制其应用的重要原因，因此聚合物电解质要完全代替PE、PP膜而单独作为锂离子电池隔膜，还有许多问题需要解决。

发明内容

本发明的任务和目的是，针对公知的聚合物电解质膜，或者存在成本高，或者存在离子电导率较差，或者存在机械强度较差，或者存在操作复杂的问题，提出了新的技术解决方案，提供了一种成本低廉，原料便宜易得，离子电导率高，机械强度高，操作简单，并且电化学稳定性好的聚合物电解质膜。

一种电池用隔膜，安置于电池正负极之间，在电池中起着防止正负极短路，同时在充放电过程中提供离子运输通道的作用，其特征是，该隔膜至少由薄片状多孔支撑体，烯烃基化合物，烯烃基有机盐组成，烯烃基化合物和烯烃基有机盐共聚并固化于薄片状多孔支撑体上，其中，所述薄片状多孔支撑体为锦纶，丙纶，氯纶，无纺布，玻璃纤维布中的至少一种，所述烯烃基有机盐的正离子为碱金属元素Li，Na，K中的至少一种。

其特别之处是，所述烯烃基化合物为甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，聚丙烯酰胺，聚乙烯氧烷，聚氟化乙二烯，聚乙烯醇，聚丙烯腈，聚氧化乙烯中的至少一种。

其特别之处是，所述烯烃基有机盐为丙烯酸盐，甲基丙烯酸盐，乙烯基磺酸盐，甲基丙烯磺酸盐，对苯乙烯磺酸盐，丙烯基磺酸盐，烯丙基磺酸盐中的至少一种。

其特别之处是，该隔膜还添加有碳酸氢铵，碳酸氢钠，硼酸钠，硅酸钠，氢氧化铁，氢氧化铝，氟硼酸钠，硫氰酸钠，苯酚钠，蒙脱石，沸石，三氧化二铝中的一种或数种。

其特别之处是，该隔膜还添加有增塑剂丙烯碳酸酯，乙烯碳酸酯，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，乙腈中的一种或数种。

目前聚合物电解质隔膜的制备方法主要是两种，一种是用聚合物如聚氧化乙烯等加增塑剂合成聚合物隔膜，再注入电解质溶液，变成聚合物电解质隔膜。另一种是用聚合物如聚氧化乙烯等加增塑剂变成溶液涂覆浸渍于薄片状多孔支撑体上，这些支撑体包括PE、PP膜，也包括无纺布，然后再注入电解质溶液，变成聚合物电解质隔膜。以上方法，聚合物本身并不能对外提供离子。

本发明和传统的聚合物电解质隔膜相比较，有一个重大区别，就是聚合物本身也能对外提供离子，从而导致电导率大幅度提高。具体地说，就是采用离子聚合物的单体如甲基丙烯酸锂，甲基丙烯酸钠之类，再添加适量聚合促进剂如丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯之类，加增塑剂变成溶液涂覆浸渍于薄片状多孔支撑体上，在适当温度下发生聚合，成为具有离子导电功能的聚合物电解质隔膜。在这基础上再添加适量的电解质盐和增塑剂，这样一来，导电率更加锦上添花节节高。

本发明的优点和积极效果是：1，成本极低，无纺布，玻璃纤维布的成本远低于目前广泛采用的PE、PP膜，所使用的其它化学原料如甲基丙烯酸盐也很便宜易得。2，离子电导率高，公知的聚合物电解质膜，电解质盐是溶解于膜中的增塑剂中，来达到导电目的，膜本身无离子导电功能，本发明则使膜本身有了离子导电功能，甲基丙烯酸盐通过加热发生聚合反应，负离子和膜紧密结合，成为膜的一部分，而碱金属正离子能够在电场力作用下，在膜内外自由移动。3，机械强度高，由于有无纺布或玻璃纤维布作为聚合物电解质的载体，所以，比起单纯的聚合物电解质膜，机械强度大为提高。4，操作简单，只需要将含甲基丙烯酸盐的溶液，涂覆于无纺布或玻璃纤维布上，然后加温到摄氏60度到100度烘干即可。

该电池用隔膜的大多数技术经济指标，明显优于目前占据市场主导地位的PE、PP膜，因此，市场前景非常好，一旦投放市场，必定供不应求，具有明显的经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例：将甲基丙烯酸锂溶解于丙烯碳酸酯中，搅拌成饱和溶液，然后加入适量甲基丙烯酸甲酯，六氟磷酸锂，充分搅拌混合，然后将无纺布浸渍于该混合溶液中，五分钟后取出，平摊于清洁玻璃上，用刮刀压平无纺布，然后放入烘箱中，温度控制在60度左右，抽出空气，使无纺布处于负压半真空状态，烘干后即可取出。

Claims

1.一种电池用隔膜，安置于电池正负极之间，在电池中起着防止正负极短路，同时在充放电过程中提供离子运输通道的作用，其特征是，该隔膜至少由薄片状多孔支撑体，烯烃基化合物，烯烃基有机盐组成，烯烃基化合物和烯烃基有机盐共聚并固化于薄片状多孔支撑体上，其中，所述薄片状多孔支撑体为锦纶，丙纶，氯纶，无纺布，玻璃纤维布中的至少一种，所述烯烃基有机盐的正离子为碱金属元素Li，Na，K中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种电池用隔膜，其特征是，所述烯烃基化合物为甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，聚丙烯酰胺，聚乙烯氧烷，聚氟化乙二烯，聚乙烯醇，聚丙烯腈，聚氧化乙烯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种电池用隔膜，其特征是，所述烯烃基有机盐为丙烯酸盐，甲基丙烯酸盐，乙烯基磺酸盐，甲基丙烯磺酸盐，对苯乙烯磺酸盐，丙烯基磺酸盐，烯丙基磺酸盐中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种电池用隔膜，其特征是，该隔膜还添加有碳酸氢铵，碳酸氢钠，硼酸钠，硅酸钠，氢氧化铁，氢氧化铝，氟硼酸钠，硫氰酸钠，苯酚钠，蒙脱石，沸石，三氧化二铝中的一种或数种。

5.根据权利要求1所述的一种电池用隔膜，其特征是，该隔膜还添加有增塑剂丙烯碳酸酯，乙烯碳酸酯，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，乙腈中的一种或数种。