[发明专利]一种无机/有机多层复合隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能隔膜制备技术领域，具体涉及一种无机/有机多层复合隔膜的制备方法。

背景技术

隔膜作为锂离子电池的重要组成部分受到研究者的广泛关注，锂离子电池的高性能化与隔膜的性质息息相关，特别是大倍率、快速充放电的锂电池中，隔膜的性能要求更为明显。鉴于隔离膜对实际电池的性能有着至关重要的影响，其必须具备良好的化学、电化学稳定性以及在反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性，隔离膜材料与电极之间的界面相容性、隔离膜对电解质的保持性均对锂离子电池的充放电性能、循环性能等有较大影响。此外，随着动力汽车的快速发展，对锂离子动力电池的安全性，特别是耐热性提出了更高的要求，而影响锂离子动力电池安全性的关键因素之一就是隔膜的安全性。

当前广泛使用的隔膜材料是聚烯烃类的聚丙烯（PP），聚乙烯（PE），其本身的耐热性均较低。早期工作是采用将聚丙烯（PP）微孔膜和聚乙烯（PE）微孔膜复合以提供隔膜高安全性，如将聚丙烯和聚乙烯分别制成微孔膜后进行复合，将PP与PE硬弹性膜复合后再拉伸制备复合微孔膜。此类方法虽能从一定程度上提高电池隔膜的安全性，但总体上无法提高隔膜的耐热性。

近来，为解决电池隔膜安全性的问题，研究者提出多层复合有机/有机隔膜或无机/有机隔膜来解决高温下隔膜安全性的问题。如专利CN 102683629 A提出采用聚合物/金属氧化物陶瓷粉末涂覆的方法制备多层复合膜，专利CN102569700A提及将陶瓷粉末表面功能化后再分散于聚合物中在聚烯烃隔膜表面涂覆制备多层复合膜，专利CN 101989651 A提及采用交联的方法制备多层复合隔膜，这些隔膜的耐热温度均能达到150℃，但厚度在5-20μm，大大提高了隔膜的厚度。一些研究者考虑使用离子溅射的方法制备多层复合膜，如专利CN 102427119A，CN 102709592A提及采用离子溅射的方法在隔膜表面镀上无机层，能改善耐热性，厚度也能有效控制，但镀层受到靶材的限制，特别是氮化物、氧化物的高纯靶材价格昂贵，制备难度大，对隔膜功能化限制较大，难以推广使用。

目前，广泛使用的涂覆方法存在厚度难以控制，浆料中存在粉末分散不均匀、结团、结块的问题，同时浆料的储存稳定性差，静置一段时间后出现明显的沉淀与难以二次分散的问题。而新提出的离子溅射方法虽能有效控制厚度，但受到靶材的限制，特别是特殊靶材的制备上的困难，给厚度可控的高性能化隔膜的制备带来阻碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机/有机多层复合隔膜的制备方法，本发明提供一种在各类气氛氛围中，利用简单的靶材采用反应射频溅射方法制备具有功能化镀层的锂电池用隔膜。此类隔膜表面平整，表面镀层选择性高，隔膜耐热性优异，厚度可控。特别是在150℃下，经过1小时的热处理，隔膜基本不出现收缩。

本发明提供的一种无机/有机多层复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

1） 将隔膜浸泡在有机溶剂中，超声波震荡15～30min清洗隔膜表面，在烘箱中干燥 ，然后将其裁剪为方形隔膜；

2） 将上述方形隔膜及靶材放入射频溅射设备中；

3） 调整射频溅射设备的气压为0.1~1.0Pa，后充入反应气体，溅射功率为5～80W、溅射时间为5~100min ；

4） 运行设备，靶材等离子体轰击气体分子后形成无机物/有机物沉积在隔膜的两侧，制得无机/有机多层复合隔膜。

步骤1）中， 所述的隔膜是聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层复合隔膜、聚丙烯无纺布中的一种。

步骤1）中，所述的有机溶剂是丙酮、无水乙醇、甲醇、正己烷中的一种或几种。；

步骤2）中，所述的靶材是金属靶材、非金属靶材或它们的混合物靶材；所述金属靶材是镍靶、铝靶、钴靶、锆靶或锌靶；非金属靶材是硅靶；混合物靶材是硅铝靶。

步骤3）中，所述射频溅射设备的气压为0.7Pa，溅射功率为15w，溅射时间为30min。

步骤3）中，所述的反应气体是高纯氧气、氮气中的一种或两种。

 

本发明的有益效果是：