[发明专利]一种多孔凝胶聚合物锂离子电池隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔凝胶聚合物锂离子电池隔膜的制备方法，具体涉及以PVDF浆料浓度和涂布工艺制备多孔凝胶聚合物锂离子电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池通常分为液态电解质锂离子电池和聚合物锂离子电池。聚合物锂离子电池采用聚合物隔膜，其主要优点是具有高能量密度和长循环寿命；具有良好加工性能，加上聚合物的热塑性和成形技术，使得聚合物锂离子电池壳能做成多种形状，不仅改善了液态锂离子电池可能出现的漏液、燃烧和爆炸等问题，而且电池的外形设计组装也灵活方便，广泛应用于电动汽车、移动通讯等领域。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的力学性能、耐高温性、耐化学腐蚀性以及介电性、压电性、热电性等特殊性能，使它成为了GPE(凝胶聚合物电解质)较为理想的基质材料。PVDF用作GPE基质具有如下特点：(1)成膜性好，容易批量生产；(2)介电常数大，有利于锂盐在聚合物中的溶解；(3)玻璃化转变温度高，有助于提高聚合物电解质的热稳定性；(4)强吸电子基团-CF使PVDF对阳极表现出了高的化学和电化学稳定性。但是，纯PVDF材料结晶度较高，束缚电解质稳定性差，因此其离子电导率低，限制了其在隔膜领域的应用。

目前，在锂离子电池中常用的聚合物隔膜是微孔聚烃烯膜，其制备方法主要有热致相分离法(TIPS)和熔融拉伸法(MSCS)两种。热致相分离法是通过调整聚合物与稀释剂的配比，选择不同萃取剂，控制温度及萃取剂浴中的时间等因素来制备出具有不同厚度，不同孔径尺寸，不同孔隙率的微孔聚合物隔膜。热致相分离法的工艺复杂，需加入脱除稀释剂，因此制备成本相对较高，且可能引起二次污染。同时采用该种方法，目前工业化生产的微孔膜基本上是单层隔离膜，存在安全性不够，穿刺性不够等缺点。熔融拉伸法是通过熔融挤出得到半结晶度弹性的聚合物隔膜，然后对其进行拉伸，在隔膜中生产许多微孔，制备过程中不需要溶剂，生产速率较高，生产过程中无污染，但采用该方法制成的薄膜存在孔径及空隙率较难控制等缺点，并且只能制成单层隔膜，如果要提高隔膜的性能，只能在制成单层隔膜后再复合，这样不利于隔膜的超薄化，同时增加了生产工艺的复杂性，导致生产成本增加。

发明内容

本发明的目的在于解决现有熔融拉伸法只能制成单层隔膜技术问题，开发出一种凝胶隔膜的浆料配方和涂布方式，提供一种多孔凝胶聚合物锂离子电池微孔隔膜的制备方法，使之适配于相应电池体系。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种多孔凝胶聚合物锂离子电池隔膜的制备方法：采用有机溶剂溶解PVDF共聚物，搅拌均匀后形成胶液A，再用有机溶剂稀释成胶液B后，将基底隔膜在胶液B中浸蘸后，向上提拉，干燥即得。

所述的PVDF共聚物为聚偏氟乙烯(PVDF)和六氟丙烯(HFP)，其中，HFP的质量含量为1-10％；

所述的胶液A的质量固含量为10-30％；(即聚偏氟乙烯(PVDF)和六氟丙烯(HFP)的总质量含量)

稀释后胶液B的质量固含量为0.1-10％。

所述的有机溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、碳酸二甲酯(DMC)、聚碳酸酯(PC)和乙基纤维素(EC)中的一种或几种。优选丙酮或NMP。

所述的基底隔膜为单层或多层聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)，或PP/PE/PP依次叠合的多层构造，厚度均为0.1-50μm。

基底隔膜在胶液中浸蘸的时间为一小时内。优选5-30min。

所述的提拉过程中提速为0.1～50m/s。优选2-4m/s。

所制备的多孔凝胶聚合物锂离子电池隔膜单面厚0.1-10μm。(即在基底隔膜的两侧均可形成本发明的聚合物多孔隔膜层，而每侧的多孔凝胶聚合物层的厚度为0.1-10μm)

提拉过程经过水汽喷涂隔膜造孔后干燥；这样制得微孔多孔凝胶聚合物锂离子电池隔膜。

所述水汽是高湿，大于65％RH，喷涂温度为60～95℃，雾粒直径1-5μm。

所述的水汽气流方向为隔膜侧面喷雾或隔膜正面喷雾。

上述的方法中，隔膜从胶液中提拉出来后，经过设置在一定高度的喷雾段，获得微孔(见图2和3)隔膜从胶液中提拉出来到实施水汽喷雾的间隔时间优选大约10-60秒。

上述的干燥条件可以为自然干燥、加热、鼓风等，优选自然干燥。