[发明专利]一种锂离子电池用聚醚醚酮多孔隔膜及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种具有良好机械性能及高温稳定性的锂离子电池隔膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用。以耐热型高分子树脂聚醚醚酮为原料，利用硫酸与甲磺酸的混合溶液为溶剂，采用相转化法制备多孔隔膜。所制备的多孔隔膜耐热等级高、孔隙率高、与电解液的亲和力好，有利于电池倍率性能的提高，同时提高了电池的安全性能。相转化法制备聚醚醚酮多孔隔膜，与传统的高温熔喷的成膜方法相比，这种方法工艺简单、成本低、可操作性强，有利于进一步推广使用。所制备出的PEEK多孔离子传导膜具有浸润性好、耐热等级高等特点，是一种极具应用前景的隔膜材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，更具体为多孔聚醚醚酮锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

为了缓解环境污染问题,电动汽车的发展显得十分重要。电动汽车的使用可以缓解因燃烧化石燃料排放的温室气体、有毒有害物质，构建更加和谐的生活环境。电动汽车的开发有利于缓解环境污染问题，构建和谐绿色的生活环境。电动汽车所用动力部件是电池，现在商业化电动汽车电池多为锂离子电池，因其具有能量密度高、效率高、环境友好等特点受到广泛的关注。

动力电池主要强调快速充放电的能力以及良好的安全性能。锂离子在正负极之间的扩散速率是使锂离子电池快速充放电性能受限的主要因素，为了解决这个问题，许多的研究组做了大量的工作，主要是提高隔膜对电解液的浸润性；锂离子电池的安全性与电池内部的隔膜以及电解液有关，目前商业化的聚烯烃隔膜热稳定性不高，有机电解液易燃，导致锂离子电池仍然存在一定的安全隐患。

针对以上问题，可以选择一种耐热性好且主链含有极性基团的有机聚合物作为制备隔膜的高分子材料。聚醚醚酮(PEEK)由于其自身优异的物理化学性能，成为首要选择。PEEK机械性能(韧性和刚性)优异，且具有耐化学品腐蚀、阻燃、耐磨性等特点，使其可用于高端的机械、核工程和航空等科技，有望提高锂离子电池的安全性问题；除此之外，PEEK主链含有极性的基团，如醚基、酮基，极性基团与极性的电解液之间产生强烈的相互作用，以提高隔膜对电解液的浸润性。

除浓硫酸外，PEEK不溶于任何溶剂和强酸、强碱，而且耐水解，具有很高的化学稳定性。一般采用高温熔喷的方法成膜，这种方法使用条件苛刻，需要特定的实验仪器，成本较高，工艺复杂，限制了这种方法的进一步推广。我们首次提出采用利用相转化法制备PEEK基多孔隔膜，并应用到锂离子电池当中。这种方法工艺简单、可操作性强，有利于进一步推广使用。制备出的PEEK多孔隔膜具有浸润性好、耐热等级高等特点，是一种能够极具应用前景的隔膜材料。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对目前锂离子电池商业化聚烯烃微孔隔膜存在的耐热等级低、润湿性差等问题，提供一种多孔隔膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用相转化法以聚醚醚酮为原料制备聚醚醚酮多孔隔膜。

所述的多孔隔膜的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将聚醚醚酮加入到甲磺酸和硫酸的混合溶剂中，其中甲磺酸与硫酸的质量比为1：(0.1～10)，在0～50℃温度下充分搅拌8～24h制成PEEK质量浓度为5～70％的均匀铸膜液；

(2)将步骤(1)制备的均匀铸膜液倾倒在平板上，刮制成湿膜；然后将其整体浸渍于树脂的不良溶剂中1～60min，形成多孔膜，在水中浸泡除去残余溶剂，得到聚醚醚酮多孔隔膜；

(3)将PEEK多孔隔膜从水中取出，干燥。

所述不良溶剂为甲醇、水、乙醇、异丙醇、异丁醇中的一种或两种以上。

所制备的PEEK多孔隔膜的所述多孔膜的孔径尺寸为0.01～10um，孔

隙率为25～85％，厚度为10～80um之间，对电解液的接触角为5～70°。

有益结果：