CN111900306A - 一种高能量密度锂电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种高能量密度锂电池隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高能量密度锂电池隔膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）将水、氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液；（2）将聚烯烃湿法隔膜置于上述得到的反应溶液中，搅拌后，取出隔膜并经洗涤、干燥，然后将隔膜置于造孔剂中反应，除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜；（3）将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于10~30wt%的磷酸溶液中浸泡，得到高能量密度锂电池隔膜。本发明的制备方法工艺简单，易于操作和调控。

Description

一种高能量密度锂电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车动力电池技术领域，具体涉及一种高能量密度锂电池隔膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种新型高效的化学电源，被广泛应用于便携式电子产品的配套电源。随着材料技术进步和电池设计结构的改进，锂离子电池的应用范围可望从信息产业 进一步拓展到能源交通、航天航空、国防等领域。这也对锂离子电池的比能量、使用寿 命、放电倍率等性能提出了更高要求。锂离子电池性能的提高在很大程度上决定于负极 材料性能和比容量的改善。
锂离子电池隔膜是一种置于正负极之间的多孔材料，其主要作用是隔离电池的正负极，防止电池内短路，同时允许离子通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的传输。隔膜的性能决定了电池的内阻和界面结构，直接影响电池的容量、循环性能及充放电等特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用，被业界称为电池的“第三电极”。
目前商业化的锂离子电池隔膜主要有：聚烯烃多孔基膜、涂陶瓷隔膜、涂胶隔膜及混涂隔膜。其中，聚烯烃隔膜对有机电解液的接触性差，不易被电解液润湿，容易造成电解液的泄露，严重影响锂离子电池的离子电导率和安全性能。涂覆隔膜虽能在一定程度上提高隔膜的保液率及电池的安全性能，但涂层会增加隔膜的厚度，从而增加电池内阻；其次，陶瓷复合隔膜有机、无机材料的界面相容性较差，往往导致陶瓷复合隔膜出现掉粉问题。因此，开发出厚度适宜且具有高保液率，同时又满足隔膜力学性能和电学性能的电池隔膜将具有非常重要的意义。
基于上述现有技术的启示，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种高能量密度锂电池隔膜及其制备方法，能够有效改进现有技术。本发明人经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高能量密度锂电池隔膜及其制备方法，该制备方法工艺简单，易于操作和调控。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供了一种高能量密度锂电池隔膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将水、氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液；
（2）将聚烯烃湿法隔膜置于上述得到的反应溶液中，搅拌后，取出隔膜并经洗涤、干燥，然后将隔膜置于造孔剂中反应，除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜；
（3）将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于10~30wt%的磷酸溶液中浸泡，得到高能量密度锂电池隔膜。
前述的制备方法，其中，步骤（1）中所述氨基苯酚为3-氨基苯酚、间氨基苯酚或者对氨基苯酚。
前述的制备方法，其中，步骤（2）中所述聚烯烃湿法隔膜为聚乙烯湿法隔膜或聚丙烯湿法隔膜。
前述的制备方法，其中，步骤（2）中所述搅拌条件为：温度室温，时间30~60min。
前述的制备方法，其中，步骤（2）中所述造孔剂为柠檬酸、草酸、蔗糖、葡萄糖中的任一种。
前述的制备方法，其中，步骤（2）中所述反应时间为60~90℃，时间1~3h。
前述的制备方法，其中，步骤（2）中采用水和/醇浸泡6h除去造孔剂。
前述的制备方法，其中，所述醇为甲醇和/或乙醇。
前述的制备方法，其中，步骤（3）中浸泡磷酸的处理温度在20~150℃之间。
前述的制备方法，其中，所述处理过程为：20℃条件处理24h，大于20℃至小于100℃处理1~24h，100~150℃条件下处理20~60min。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明提供了一种磷酸掺杂的多孔聚烯烃湿法隔膜，膜孔分布及大小均匀，用于锂电池中，表现出了优异的性能，能够保证电池的高能量密度和较高的导电率。本发明的制备方法简单，易于操作和调控，适于工业化生产。
综上所述，本发明特殊的高能量密度锂电池隔膜具有高孔隙、小孔径、高物理性能。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品和方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的产品具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将水、对氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚丙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌45min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于柠檬酸溶液中并在70℃下反应2h，采用去离子水浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于20wt%的磷酸溶液中室温下浸泡24h。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例2
将水、对氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚丙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌60min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于柠檬酸溶液中并在60℃下反应3h，采用去离子水浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于20wt%的磷酸溶液中室温下浸泡24h。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例3
将水、对氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚丙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌30min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于柠檬酸溶液中并在90℃下反应1h，采用去离子水浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于20wt%的磷酸溶液中室温下浸泡24h。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例4
将水、对氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚丙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌45min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于草酸溶液中并在70℃下反应2h，采用去离子水浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于30wt%的磷酸溶液中室温下浸泡24h。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例5
将水、3-氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚乙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌45min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于草酸溶液中并在70℃下反应3h，采用去离子水浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于10wt%的磷酸溶液中50℃下浸泡12h。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例6
将水、3-氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚乙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌40min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于草酸溶液中并在70℃下反应3h，采用去离子水和甲醇浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于20wt%的磷酸溶液中50℃下浸泡12h。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例7
将水、3-氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚乙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌50min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于草酸溶液中并在60℃下反应1h，采用去离子水和甲醇浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于20wt%的磷酸溶液中120℃下浸泡30min。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
实施例8
将水、3-氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液。裁切2×2cm2市售的聚乙烯湿法隔膜并置于上述得到的反应溶液中，室温下搅拌30min后，取出隔膜，使用去离子水洗涤后置于烘箱中干燥，然后将隔膜置于柠檬酸溶液中并在80℃下反应2h，采用去离子水和甲醇浸泡6h除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜。将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于20wt%的磷酸溶液中120℃下浸泡30min。取出膜，用滤纸吸干膜表面过量的酸，得到高能量密度锂电池隔膜。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高能量密度锂电池隔膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将水、氨基苯酚及氨水按照质量比为10:1:3的量混合搅拌均匀，得到反应溶液；
（2）将聚烯烃湿法隔膜置于上述得到的反应溶液中，搅拌后，取出隔膜并经洗涤、干燥，然后将隔膜置于造孔剂中反应，除去造孔剂，得到多孔聚烯烃湿法隔膜；
（3）将上述多孔聚烯烃湿法隔膜置于10~30wt%的磷酸溶液中浸泡，得到高能量密度锂电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（1）中所述氨基苯酚为3-氨基苯酚、间氨基苯酚或者对氨基苯酚。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（2）中所述聚烯烃湿法隔膜为聚乙烯湿法隔膜或聚丙烯湿法隔膜。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（2）中所述搅拌条件为：温度室温，时间30~60min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（2）中所述造孔剂为柠檬酸、草酸、蔗糖、葡萄糖中的任一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（2）中所述反应时间为60~90℃，时间1~3h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（2）中采用水和/醇浸泡6h除去造孔剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述醇为甲醇和/或乙醇。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（3）中浸泡磷酸的处理温度在20~150℃之间。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述处理过程为：20℃条件处理24h，大于20℃至小于100℃处理1~24h，100~150℃条件下处理20~60min。
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