[发明专利]一种有机无机复合锂离子电池隔膜

说明书

一种有机无机复合锂离子电池隔膜，本发明涉及电池隔膜及其制备方法。本发明要解决现有锂离子电池隔膜热稳定性差，对电解液亲和性和润湿性差，同时孔隙率较低，因此对液体电解质的吸收和保持能力差的问题。方法：一、纺丝液的制备；二、PEI纳米纤维膜的制备；三、引入SiO₂无机纳米颗粒，即完成有机无机复合锂离子电池隔膜的方法。本发明用于有机无机复合锂离子电池隔膜及其制备。

技术领域

本发明涉及电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池中，隔膜的功能是在电池内部隔离阳极和阴极以避免两个电极直接接触造成短路。并且，隔膜为液体电解质中的锂离子快速传导提供通道，为此，隔膜需要多孔结构。锂离子电池隔膜的孔径通常在200nm～1000nm，孔隙率应高于40％，这对于锂离子电池的安全性和可靠性至关重要。目前，由于聚烯烃膜价格低廉，机械强度高，电化学稳定性好，因此聚烯烃膜一直是商业锂离子电池中应用最为广泛的隔膜。然而，由于其熔点较低，热稳定性差，在较高的温度下发生热收缩，因此，会导致电极在电池内部接触，发生短路，并进一步引发热失控，从而引发电池爆炸等安全问题。此外，聚烯烃膜作为非极性材料，对电解液亲和性和润湿性差，同时孔隙率较低，因此对液体电解质的吸收和保持能力差，电化学性能提升空间有限。开发一种热稳定性优良，电解液亲和性好，孔隙率高的新型锂离子电池隔膜是目前研究工作的热点。

研究人员围绕提高隔膜的热稳定性开展了大量的研究工作，浙江大学朱宝库团队ZHANG H,ZHANG Y,XU T,et al.Poly(m-phenyleneisophthalamide)separator forimproving the heat resistance and power density of lithium-ion batteries[J].Journal of Power Sources,2016,329:8-16，通过相转化法制造了海绵状的PMIA(聚间苯二甲酰间苯二胺)隔膜，隔膜在160℃下处理1h没有收缩，离子电导率达到了1.51mS·cm^-1，但通过相转化法得到的隔膜力学性能较差，并且海绵状结构的薄膜具有较大的厚度，较大的厚度会对锂离子的传输造成影响。MiaoMIAO Y,ZHU G N,HOU H,et al.Electrospunpolyimide nanofiber-based nonwoven separators for lithium-ion batteries[J].Journal of Power Sources,2013,226(6):82-86，利用PMDA和ODA在DMAc溶液中制备PAA前驱体纺丝液，纺丝成膜后，经过热亚胺化处理得到PI纤维膜，在150℃高温条件下不会发生老化和热收缩(受热发黄)，这种方法工艺比较复杂，并且对于隔膜的性能来讲，也仅仅是耐热性的提升。

发明内容

本发明要解决现有锂离子电池隔膜热稳定性差，对电解液亲和性和润湿性差，同时孔隙率较低，因此对液体电解质的吸收和保持能力差的问题，而提供一种有机无机复合锂离子电池隔膜及其制备方法。

一种有机无机复合锂离子电池隔膜是将静电纺丝得到的PEI薄膜表面引入SiO₂无机包覆层，所述的有机无机复合锂离子电池隔膜单根纤维被直径为80nm～150nm的SiO₂颗粒组成的无机层完全包覆，有机无机复合锂离子电池隔膜孔隙率为77.8％-91.6％，电解液可在0.1秒～0.6秒渗透进入有机无机复合锂离子电池隔膜内部，有机无机复合锂离子电池隔膜在200℃处理0.5h～1h热收缩率小于0.1％，在220℃处理1h热收缩小于3％，在100次循环后容量保持率为92.4％～98.6％。

一种有机无机复合锂离子电池隔膜的制备方法是按以下步骤进行：

一、纺丝液的制备：

将溶质PEI加入到溶剂中，在温度为40℃～80℃的条件下搅拌4h～8h，得到澄清透明溶液，然后进行静置及脱泡，得到纺丝液；