CN104538671B - 一种锂离子电池电解质膜及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池电解质膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电解质膜及其制备方法，电解质膜以重量组分计包括：石墨5‑10份，聚酯纤维3‑6份，聚碳酸酯2‑5份，羟丙基纤维素1‑4份，玻璃纤维1‑4份，聚丙烯2‑8份，EVA 1‑5份，氧化钙1‑3份，硬脂酸钡1‑4份，聚苯乙烯2‑7份，丙烯腈1‑6份。制备方法为将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀后转入到反应釜中，分阶段加热搅拌反应后降至室温，再加入其余组分，搅拌混合均匀，于研磨机研磨至粒径为200μm以下出料，最后通过压延法压延成膜。本发明提供的电解质膜具有良好的机械性能、导电率以及热稳定性，适合广泛使用。

Description

一种锂离子电池电解质膜及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电解领域，具体涉及一种锂离子电池电解质膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由于具有高密度能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠性强以及能快速充放电等优点，已经成为现今最受青睐的动力来源了。采用高分子电解质膜的锂离子电池具有体积小和形状可变的特点，因而被广泛应用在便携式的电子产品中，比如手提电脑、摄像机、移动通讯设备等。大容量的高分子锂离子电池还被用于电动汽车中，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力来源之一，并会在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。
锂离子电池的工作原理是电池中锂离子在正负极间来回脱出和嵌入，其基本构成材料为正极材料、负极材料、电解质及隔膜，各种材料的性能直接影响锂离子电池的性能。作为锂离子电池最重要的组成部分之一，电解质在正、负极之间起到输送离子与传导电流的作用，直接影响锂离子电池的性能和效率。
目前几乎所有广泛应用的锂离子电池包括高分子锂离子电池都是依赖一种或多种锂盐和无水有机溶剂形成的电解液。锂盐在电解液中的电导率实际上是由锂离子和阴离子的电导率加合而成。在电池的工作中，只有锂离子承担的电荷传递才是有效的电池的充放电过程，而阴离子的电荷传递是无用的且对电池的效能发挥有害。因此增加电解液的导电率的同时应努力提高锂离子的迁移数(锂离子的迁移数代表锂离子运载的电流占通过溶液的总电流的百分比)。
现有的单离子聚合物电解质中，锂盐的阴离子键合到高分子上从而失去了了迁移的能力，因而可以实现锂离子迁移数接近于1，但是现有已报道的单离子聚合物电解质材料都存在离子导电率低、机械性能差的问题，因此需要进一步研究与开发新的产品来满足应用要求。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种锂离子电池电解质膜及其制备方法，提高电解质膜的机械性能、导电率以及热稳定性。
本发明是通过以下技术手段实现的：
一种锂离子电池电解质膜，以重量组分计包括：石墨5-10份，聚酯纤维3-6份，聚碳酸酯2-5份，羟丙基纤维素1-4份，玻璃纤维1-4份，聚丙烯2-8份，EVA 1-5份，氧化钙1-3份，硬脂酸钡1-4份，聚苯乙烯2-7份，丙烯腈1-6份。
所述的锂离子电池电解质膜，可以优选为以重量组分计包括：石墨7-9份，聚酯纤维4-6份，聚碳酸酯3-5份，羟丙基纤维素1-3份，玻璃纤维2-4份，聚丙烯5-7份，EVA 3-5份，氧化钙2-3份，硬脂酸钡1-3份，聚苯乙烯4-6份，丙烯腈3-5份。
以上所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到60-80℃，搅拌30-40分钟，然后升温至100-120℃，搅拌10-20分钟后降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，步骤二中搅拌混合均匀的条件可以为搅拌混合速度200-230转/分钟，混合时间30-40分钟。
所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，步骤三中降至室温的速度可以为以15-20℃/分钟的速度降至室温。
所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，步骤四中搅拌混合均匀的搅拌速度可以为150-180转/分钟，搅拌时间20-30分钟。
本发明提供的锂离子电池电解质膜具有良好的综合性能，其中抗张强度达到了17.8MPa以上，热变形温度达到了165℃以上，杨氏模量达到了352MPa以上，在电解液中浸润时间达到了12S以下，25℃时导电率达到了10.3S/m以上，40℃时导电率达到了11.3S/m以上，具有良好的机械强度、热稳定性、浸润性能以及导电率。
具体实施方式
实施例1
一种锂离子电池电解质膜，以重量组分计包括：石墨5份，聚酯纤维3份，聚碳酸酯2份，羟丙基纤维素1份，玻璃纤维1份，聚丙烯2份，EVA 1份，氧化钙1份，硬脂酸钡1份，聚苯乙烯2份，丙烯腈1份。
以上所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，具体为搅拌混合速度200转/分钟，混合时间30分钟，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到60℃，搅拌30分钟，然后升温至100℃，搅拌10分钟后降至室温，降至室温的速度为以15℃/分钟的速度降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，搅拌速度为150转/分钟，搅拌时间20分钟，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
实施例2
一种锂离子电池电解质膜，以重量组分计包括：石墨7份，聚酯纤维4份，聚碳酸酯3份，羟丙基纤维素1份，玻璃纤维2份，聚丙烯5份，EVA 3份，氧化钙2份，硬脂酸钡1份，聚苯乙烯4份，丙烯腈3份。
以上所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，具体为搅拌混合速度208转/分钟，混合时间32分钟，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到65℃，搅拌33分钟，然后升温至103℃，搅拌12分钟后降至室温，降至室温的速度为以16℃/分钟的速度降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，搅拌速度为156转/分钟，搅拌时间22分钟，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
实施例3
一种锂离子电池电解质膜，以重量组分计包括：石墨8份，聚酯纤维5份，聚碳酸酯4份，羟丙基纤维素2份，玻璃纤维3份，聚丙烯6份，EVA 4份，氧化钙3份，硬脂酸钡2份，聚苯乙烯5份，丙烯腈4份。
以上所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，具体为搅拌混合速度215转/分钟，混合时间36分钟，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到70℃，搅拌36分钟，然后升温至115℃，搅拌18分钟后降至室温，降至室温的速度为以16℃/分钟的速度降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，搅拌速度为170转/分钟，搅拌时间25分钟，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
实施例4
一种锂离子电池电解质膜，以重量组分计包括：石墨9份，聚酯纤维6份，聚碳酸酯5份，羟丙基纤维素3份，玻璃纤维4份，聚丙烯7份，EVA 5份，氧化钙3份，硬脂酸钡3份，聚苯乙烯6份，丙烯腈5份。
以上所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，具体为搅拌混合速度220转/分钟，混合时间38分钟，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到75℃，搅拌36分钟，然后升温至110℃，搅拌16分钟后降至室温，降至室温的速度为以18℃/分钟的速度降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，搅拌速度为170转/分钟，搅拌时间28分钟，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
实施例5
一种锂离子电池电解质膜，以重量组分计包括：石墨10份，聚酯纤维6份，聚碳酸酯5份，羟丙基纤维素4份，玻璃纤维4份，聚丙烯8份，EVA5份，氧化钙3份，硬脂酸钡4份，聚苯乙烯7份，丙烯腈6份。
以上所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，具体为搅拌混合速度230转/分钟，混合时间40分钟，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到80℃，搅拌40分钟，然后升温至120℃，搅拌20分钟后降至室温，降至室温的速度为以20℃/分钟的速度降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，搅拌速度为180转/分钟，搅拌时间30分钟，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
对以上实施例制备得到的锂离子电池电解质膜进行性能测试，结果如下：
从以上试验结果可以看出，本发明提供的锂离子电池电解质膜具有良好的综合性能，其中抗张强度达到了17.8MPa以上，热变形温度达到了165℃以上，杨氏模量达到了352MPa以上，在电解液中浸润时间达到了12S以下，25℃时导电率达到了10.3S/m以上，40℃时导电率达到了11.3S/m以上，具有良好的机械强度、热稳定性、浸润性能以及导电率。

Claims (5)

1.一种锂离子电池电解质膜，其特征在于，以重量组分计包括：石墨5-10份，聚酯纤维3-6份，聚碳酸酯2-5份，羟丙基纤维素1-4份，玻璃纤维1-4份，聚丙烯2-8份，EVA 1-5份，氧化钙1-3份，硬脂酸钡1-4份，聚苯乙烯2-7份，丙烯腈1-6份；
所述的锂离子电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将石墨、聚酯纤维、聚碳酸酯、聚丙烯、EVA和聚苯乙烯于混合搅拌机中搅拌均匀，得到混合物一；
步骤三，将混合物一加入到反应釜中，加热到60-80℃，搅拌30-40分钟，然后升温至100-120℃，搅拌10-20分钟后降至室温，得到反应物一；
步骤四，将羟丙基纤维素、玻璃纤维、氧化钙、硬脂酸钡和丙烯腈加入到反应物一中，搅拌混合均匀，得到混合物二；
步骤五，将混合物二加入到研磨机中，研磨至粒径为200μm以下出料；
步骤六，将步骤五研磨后的物料通过压延法压延成膜。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解质膜，其特征在于，以重量组分计包括：石墨7-9份，聚酯纤维4-6份，聚碳酸酯3-5份，羟丙基纤维素1-3份，玻璃纤维2-4份，聚丙烯5-7份，EVA 3-5份，氧化钙2-3份，硬脂酸钡1-3份，聚苯乙烯4-6份，丙烯腈3-5份。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解质膜，其特征在于，制备方法步骤二中搅拌混合均匀的条件为搅拌混合速度200-230转/分钟，混合时间30-40分钟。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解质膜，其特征在于，制备方法步骤三中降至室温的速度为以15-20℃/分钟的速度降至室温。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解质膜，其特征在于，制备方法步骤四中搅拌混合均匀的搅拌速度为150-180转/分钟，搅拌时间20-30分钟。
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