CN104022248A - 一种高性能锂离子传导膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能锂离子传导膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下：制备纺丝溶液：将商业化的颗粒尺寸为20~200nm的Li10GeP2S12粉末与具有一定粘度的有机高分子按质量比mLi10GeP2S12：m高分子=1:（1~10）的比例溶于有机溶剂中，充分搅拌后形成固含量为30~95%的悬浊液；经过静电纺丝，所得静纺隔膜通过滚筒式热压机进行热压，热压温度为60~85oC，热压后即得具有高离子传导率的隔膜。其具有高安全性和高锂离子传导率的复合隔膜。使用该隔膜的锂离子电池具有更优秀的电化学性能。

Description

一种高性能锂离子传导膜的制备方法
技术领域
本发明涉及到一种高性能锂离子传导膜的制备方法，属于锂电池隔膜技术领域。
背景技术
随着科技的进步锂离子电池也越来越受到人们的关注，不仅仅是在电池产品或者智能手机等领域，在储能电池和车用动力电池领域锂离子电池最近几年也得到了长足稳步的发展。由于这些新的、特殊领域的要求，电池单体的尺寸和容量也越来越大，某些厂家甚至将电池单体容量设计为200Ah，这就对电池的安全性能提出了更高的要求，否则一旦出现电池起火或爆炸问题，后果会极其严重。
我们知道，影响电池安全性能的一个重要因素即为隔膜，隔膜即具有防止正负极短路功能，还具有锂离子传导功能，同时某些隔膜还具有一定的熔断保护和闭孔功能。为了能够更进一步提高电池安全性，锂电池未来须向全固态方向发展，而隔膜和电解液将统一由固体电解质代替。最近，东京工业大学和丰田公司将一种具有超高离子导电率的Li10GeP2S12硫化物应用在全固态电池上，使得电池的安全性能得到了大大提高。但由于全固态电池的特性，如果电解质全部为Li10GeP2S12材料，电池的功率特性即大电流充放电能力会有非常大的损失和降低，对实际应用产生了较大限制。
本专利为了解决上述问题，采用了静电纺丝方法，将纳米尺寸的Li10GeP2S12化合物以聚合物纤维的形式纺丝到传统里电池隔膜上，再通过热压的方法将二者有效地结合，制备出具有高安全性和高锂离子传导率的复合隔膜。使用该隔膜的锂离子电池具有更优秀的电化学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能锂离子传导膜的制备方法，以纳米尺寸的Li10GeP2S12化合物为原料，将其溶于具有一定粘度的纺丝溶液中形成悬浊液，然后将该悬浊液通过静电纺丝的方法涂覆在传统隔膜基层一侧或两侧，最后通过热压法使纺丝层与隔膜基层结合牢固，具有高安全性和高锂离子传导率的复合隔膜。使用该隔膜的锂离子电池具有更优秀的电化学性能。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高性能锂离子传导膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
a）制备纺丝溶液：将商业化的颗粒尺寸为20~200nm的Li10GeP2S12粉末与具有一定粘度的有机高分子按质量比mLi10GeP2S12：m高分子=1:（1~10）的比例溶于有机溶剂中，充分搅拌后形成固含量为30~95%的悬浊液；
b）静电纺丝：将步骤a）所制备的悬浊液至于静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝针头孔径0.5~1.5mm，纺丝电压10~20kV，接收距离15~25cm，湿度25~45%，温度20~40oC，隔膜基层置于金属箔材的接收板上；
c）热压复合：步骤b）所得静纺隔膜通过滚筒式热压机进行热压，热压温度为60~85 oC，热压后即得具有高离子传导率的隔膜。
所述的步骤a）中的有机高分子包括聚偏氟乙烯（PVDF）、偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）共聚物、聚苯胺（PAN）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）；所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮和N-甲基吡咯烷酮（NMP）。步骤b）所述隔膜基层包括聚乙烯（PE）膜、聚丙烯（PP）膜和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）基无纺布、纤维素膜。
本发明的积极效果是具有高安全性和高锂离子传导率的复合隔膜。使用该隔膜的锂离子电池具有更优秀的电化学性能。
附图说明
图1是本发明所述高性能锂离子传导膜制备的示意图，其中“1”为金属箔材接收板，“2”为本发明所制备的高性能锂离子传导膜，“3”为悬浊液。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1
如图1所示，将商业化的颗粒尺寸为50nm的Li10GeP2S12粉末与PAN按质量比mLi10GeP2S12：mPAN=1：6的比例溶于DMF有机溶剂中，充分搅拌后形成固含量为75%的悬浊液。将该悬浊液至于静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝针头孔径0.8mm，纺丝电压10kV，接收距离19cm，湿度30~40%，温度30oC，PP隔膜基层置于金属箔材的接收板上；上述所得静纺隔膜通过滚筒式热压机进行热压，热压温度为75oC，热压后即得具有高离子传导率的隔膜。
实施例2
将商业化的颗粒尺寸为20nm的Li10GeP2S12粉末与PVDF按质量比mLi10GeP2S12：mPvdf=1：1的比例溶于NMP中，充分搅拌后形成固含量为95%的悬浊液。将该悬浊液至于静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝针头孔径0.5mm，纺丝电压20kV，接收距离15cm，湿度25~35%，温度20oC，PE隔膜基层置于金属箔材的接收板上；上述所得静纺隔膜通过滚筒式热压机进行热压，热压温度为60oC，热压后即得具有高离子传导率的隔膜。
实施例3
将商业化的颗粒尺寸为200nm的Li10GeP2S12粉末与PVDF-HFP按质量比mLi10GeP2S12：mPVDF-HFP =1：10的比例溶于丙酮中，充分搅拌后形成固含量为30%的悬浊液。将该悬浊液至于静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝针头孔径1.5mm，纺丝电压20kV，接收距离25cm，湿度30~45%，温度40oC，PET无纺布置于金属箔材的接收板上；上述所得静纺隔膜通过滚筒式热压机进行热压，热压温度为85oC，热压后即得具有高离子传导率的隔膜。

Claims (2)

1.一种锂离子电池用离子传导膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
a）制备纺丝溶液：将商业化的颗粒尺寸为20~200nm的Li10GeP2S12粉末与具有一定粘度的有机高分子按质量比mLi10GeP2S12：m高分子=1:（1~10）的比例溶于有机溶剂中，充分搅拌后形成固含量为30~95%的悬浊液；b）静电纺丝：将步骤a）所制备的悬浊液至于静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝针头孔径0.5~1.5mm，纺丝电压10~20kV，接收距离15~25cm，湿度25~45%，温度20~40oC，隔膜基层置于金属箔材的接收板上；
c）热压复合：步骤b）所得静纺隔膜通过滚筒式热压机进行热压，热压温度为60~85oC，热压后即得具有高离子传导率的隔膜。
2.根据权利要求1所述锂离子电池用传导膜的制备方法，其特征在于所述步骤a）中有机高分子包括聚偏氟乙烯（PVDF）、偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）共聚物、聚苯胺（PAN）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）；所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮和N-甲基吡咯烷酮（NMP）；步骤b）所述隔膜基层包括聚乙烯（PE）膜、聚丙烯（PP）膜、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）基无纺布和纤维素隔膜。
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