[发明专利]聚乙烯蜡微球/PVDF锂离子电池隔膜的制备方法

说明书

一种带有自关断功能的聚乙烯蜡微球/PVDF复合锂离子电池隔膜的制备方法，本发明涉及锂离子电池隔膜的制备方法。本发明要解决商用聚烯烃锂离子电池隔膜吸液率较低，在电池的充放电过程中，隔膜与极板之间形成高阻抗，影响电池的高功率充放电性能，而具有良好的电解液亲和性和热尺寸稳定性的含氟电纺纤维隔膜不具备热关断功能的问题。方法：一、聚乙烯蜡微球的制备；二、电纺PVDF纤维薄膜的制备；三、薄膜表面涂覆微球层。本发明用于带有自关断功能的聚乙烯蜡微球/PVDF复合锂离子电池隔膜的制备。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池的安全问题，一般是由于电池过充、大倍率充放电、内短路、外短路、振动、碰撞、跌落、冲击等原因造成的热失控。锂离子电池的热失控，是一个渐进的过程。这个过程中，内部热量不断的累积，造成电池温度持续上升，当温度上升至130℃以上时，电池内部阳极材料表面将会分解，有机溶剂就会与电极材料发生反应并放热，导致温度进一步升高，并且会使阴极材料和电解质盐分解加剧并放出大量的热，这种热失控现象，外在表现为燃烧甚至爆炸。因此，安全性问题是锂电池行业内的瓶颈难题。

作为锂离子电池的关键材料，商用的聚烯烃隔膜是借助于拉伸取向过程来获得多孔结构，它能够隔离正负极，使电池内的电子不能自由穿过，防止电池短路，同时电解液存储在隔膜的孔结构中，电解液中的离子借助于孔结构在正负极间自由通过传输电荷。此外，利用聚乙烯材料熔点在120℃～130℃的特性，当电池内部温度升高到120℃时，聚乙烯薄膜发生熔融，孔结构闭合，阻止离子传输，电池断路，温度不再升高，保证锂离子电池不会发生热失控，进而保护电池的使用者和设备。隔膜是解决锂离子电池安全问题的重要组件。

但商用聚烯烃隔膜材料为非极性聚合物，而锂离子电池用电解液属于高极性的有机盐溶液，两者的亲和性极差。尽管聚烯烃隔膜有大量的微孔结构，可以通过毛细作用吸收电解液，但这种作用远远低于分子间的极性相互作用，导致锂离子电池隔膜的吸液率较低，仅为60wt％～100wt％。此外组成锂离子电池电极的活性物质具有很高的极性，对电解液的吸附能力远远高于非极性的多孔聚烯烃隔膜，结果造成隔膜孔结构中的电解液被电极材料吸出，隔膜处于贫液状态，在电池的充放电过程中，隔膜与极板之间形成高阻抗，影响电池的高功率充放电性能，在大倍率放电时(4C)，其容量保持率仅为低倍率(1C)的72％～75％左右。此外，隔膜在受热发生闭孔的同时，高温条件下发生热熔缩，120℃热处理1h，热收缩率达到25％～30％，导致电池的大面积短路和热失控。

采用对电解液亲和性更强，热尺寸稳定性更好的材料来制备隔膜，是解决锂离子电池安全性问题的一个重要研究方向。PVDF、P(VDF-HFP)(聚偏氟乙烯-六氟丙烯〉和P(VDF-TrFE)(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)等含氟聚合物隔膜因具有强极性、高介电常数、有助于锂盐的离子化等特点，对电解液的亲和性远远高于聚烯烃隔膜，被广大研究人员广泛研究。此外含氟聚合物具有较高的热分解温度，并且热尺寸稳定性优于聚烯烃隔膜，但不具备热关断功能。

发明内容

本发明要解决商用聚烯烃锂离子电池隔膜吸液率较低，在电池的充放电过程中，隔膜与极板之间形成高阻抗，影响电池的高功率充放电性能，而具有良好的电解液亲和性和热尺寸稳定性的含氟电纺纤维隔膜不具备热关断功能的问题，而提供一种带有自关断功能的聚乙烯蜡微球/PVDF复合锂离子电池隔膜的制备方法。

一种带有自关断功能的聚乙烯蜡微球/PVDF复合锂离子电池隔膜的制备方法是按以下步骤进行：

一、聚乙烯蜡微球的制备：

①、将聚乙烯蜡与二甲苯混合，在温度为80℃～90℃的条件下，直至聚乙烯蜡完全溶解，得到聚乙烯蜡-二甲苯溶液；

所述的聚乙烯蜡的质量与二甲苯的体积比为1g:(15～25)mL；

②、将脂肪醇聚氧乙烯醚加入到去离子水中，在温度为90℃～100℃的条件下溶解，得到表面活性剂溶液Ⅰ；