[发明专利]具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池中的电池隔膜领域，特别涉及以离子液体为电解质的锂离子电池中的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜及其制备方法。

背景技术

安全性是锂离子电池研究中的重要问题，因为其充/放电电流大，散热条件差，导致电池内部温度升高，有时会出现冒烟、着火爆炸、乃至人员受伤等情况。锂离子电池中的隔膜可以隔离正负极防止电池短路，同时作为安全装置智能的切断电流。因此，锂离子电池隔膜在使用时，隔膜的安全性问题十分重要。为了提高锂离子电池的安全性能，当锂离子电池中的温度升到一定程度后，隔膜中的微孔应该能闭合，使电极终止反应。隔膜作为隔膜要求有高的孔隙率(＞45％)，高安全性和高的热稳定性。隔膜的安全性和热稳定性是由隔膜本身的性质决定的，主要取决于其遮断温度和破裂温度两个值。隔膜的遮断温度是指在一定温度下多孔结构的隔膜发生熔化导致微孔结构关闭，内阻迅速增加而阻断电流通过时的温度。遮断温度过低，即隔膜关闭的起点太低，会影响电池性能的正常发挥；遮断温度过高，则不能及时抑制电池迅速产热的危险。隔膜的破裂温度高于遮断温度，此时隔膜会发生破坏、熔化，导致正负极直接接触。从电池安全性角度考虑，隔膜的遮断温度应该有一个较宽的范围，此时隔膜不会破坏。现有的电池隔膜材料主要有单层的PE和PP膜、复合的PP-PE-PP膜及复合的多层膜(CN1062357，CN1034357，CN1296195，CN101343374A)。聚乙烯的遮断温度在120-130℃，聚丙烯的遮断温度在150-160℃，两者复合膜的调节温度在130-140℃，调节的范围窄；且锂离子电池中的温度进一步升高至160-170℃后，该隔膜就会熔断，发生危险。

为了锂离子电池的安全，需要开发出一种全新的智能电池隔膜，在高温下能够自动堵孔，切断电流，同时本身的结构不被破坏，防止电极间的接触。

发明内容

本发明的目的在于提供一种作为锂离子电池智能隔膜的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜，在温度为120-150℃范围内具有关闭孔道的性能。

本发明的另一目的在于提供作为锂离子电池智能隔膜的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜的制备方法。

本发明的作为锂离子电池智能隔膜的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜，是通过在作为基底的固体纳米多孔膜的表面引发原子转移自由基聚合反应，即通过化学键合的方法，在作为基底的固体纳米多孔膜上接枝上具有温度敏感响应特性的甲基丙烯酸苄基酯或其衍生物的聚合物，形成在以离子液体为电解质的锂离子电池中具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜。

所述的在以离子液体为电解质的锂离子电池中具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜，是在温度为120-150℃时，当温度超过所述的甲基丙烯酸苄基酯或其衍生物的聚合物在离子液体中的最低临界转变温度(120-150℃)，所述的甲基丙烯酸苄基酯或其衍生物的聚合物在电解质中的状态会发生改变，就会在所述的作为基底的固体纳米多孔膜的纳米孔道中和膜上塌缩，堵住所述的纳米孔道，即该聚合物智能地关闭作为基底的固体纳米多孔膜的纳米孔道，改变作为基底的固体纳米多孔膜的电导率。

所述的甲基丙烯酸苄基酯或其衍生物的聚合物在温度为120-150℃范围内具有温度敏感响应特性，其结构为：

其中：m为1-10的自然数。

所述的电解质的温度为120-150℃时，接枝在作为基底的固体纳米多孔膜上的具有温度敏感响应特性的甲基丙烯酸苄基酯或其衍生物的聚合物就会在所述的作为基底的固体纳米多孔膜的纳米孔道中和膜上塌缩，堵住所述的纳米孔道，切断电流，保护电池回路。

所述的电解质优选是1，3取代的咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺类。

所述的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜在温度为120-150℃下具有温度敏感响应特性。

所述的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜在温度为120-150℃下，其电导率是所述的作为基底的固体纳米多孔膜的电导率的1/6-1/8，即接枝甲基丙烯酸苄基酯或其衍生物的聚合物后，作为基底的固体纳米多孔膜的电导率下降了6-8倍，有效的阻断了电流，防止了锂离子电池内部的温度进一步的升高。

所述的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜在温度为120-150℃下，其孔隙率为10-20％。

所述的作为基底的固体纳米多孔膜的孔隙率为50％-70％。

所述的纳米孔道的孔径为20-200nm。

所述的具有温度敏感响应特性的固体纳米多孔膜的厚度为10-60μm。