[发明专利]一种陶瓷隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种陶瓷隔膜，包括隔膜基材，隔膜基材表面涂覆聚合物包覆的功能性陶瓷粉体。所述陶瓷粉体表面包覆的聚合物为聚苯乙烯磺酸锂（PSSLi）和聚乙二醇甲基丙烯酸酯烃微孔膜，所述隔膜基材为聚烯烃微孔膜，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）平均分子量为400~5000g/mol。本发明提供的方法是首先利用硅烷偶联剂将陶瓷粉体活化，然后引入卤素官能团使陶瓷粉体接枝卤素引发剂，接下来加入苯磺酸钠单体（SSNa）、聚乙二醇单甲基丙烯酸酯（PEGMA）进行聚合反应，再加入到锂离子水溶液中进行离子交换获得聚合包覆的功能性陶瓷粉体，最后搅拌制成陶瓷浆料并进行涂布制成聚合物包覆的陶瓷隔膜。本发明提供的方法大大提高了锂离子的分散性和功能性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体的是涉及一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法，更具体地，本发明涉及一种利用可控活性聚合方法将单离子传导聚合物接枝到陶瓷粉体表面，从而提高陶瓷的分散性和功能性的方法。

背景技术

锂离子电池结构中，隔膜是关键的内层组件之一，隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路；此外在电化学反应时，能保持必要的电解液，形成离子移动的通道。随着近几年新能源行业的大力发展，对隔膜提出了更高的要求，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。电池中常用的隔膜材料一般是用纤维素或编织物、合成树脂制得的多微孔膜，而锂离子电池一般采用高强度、薄膜化的聚烯烃系多孔膜，常用的隔膜有干法单拉聚丙烯（PP）、湿法聚乙烯（PE）以及PP/PE/PP三层复合微孔隔膜。但是，聚烯烃系多孔膜熔点一般在140~160℃，高温热收缩性较差，直接影响到电池的安全性，而且聚烯烃多事非极性聚合物材料，对电解液的浸润性较差，当前解决这一问题的方法主要是在聚烯烃系多孔膜上涂覆单面或双面的陶瓷，如二氧化硅、三氧化二铝、勃姆石、二氧化钛、硫酸钡等，大大提高了隔膜的高温尺寸稳定性，赋予了电池更高的安全性。

现有陶瓷复合隔膜多数是将陶瓷粉体分散在包含粘结剂和溶剂的溶液中，陶瓷表面未做任何处理，而由于陶瓷颗粒比表面能较大，极易团聚，会增大涂布的困难度，同时带来分散不均匀的问题，进而影响到隔膜在电池里的性能的一致性。另外，未经处理的陶瓷颗粒是一种电化学惰性材料，陶瓷涂覆层的引入往往会引起电池直流电阻（DCR）的增加，降低电池的动力学性能。为了进一步提高陶瓷涂层的功能性，专利CN 103956451 A公开了一种利用偶联剂将阴离子表面活性剂接枝到陶瓷粉体上，对陶瓷进行性改性包覆，从而提高陶瓷的分散性和粘结性的方法。但是该方法接枝到陶瓷粉体上的材料不具备离子传导能力，对改善引入陶瓷涂层会增大内阻的问题几乎没有帮助。专利CN102569700 A中公开了一种直接对无机陶瓷进行接枝改性的方法，其工艺操作简单，制备的陶瓷隔膜的性能较好。在陶瓷接枝改性中主要运用了苯磺酸钠对Al₂O₃进行接枝改性，由于苯磺酸钠中苯环的空间位阻（又称立体效应。主要是分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍和偏离正常键角而引起的分子内的张力）较大，即苯磺酸钠衍生物均含有张力较大的刚性苯环，当这类试剂作为亲核试剂进攻Al₂O₃表面羟基时，由于磺酸基团相连的苯环较大位阻的影响，极大地降低了两种反应物的反应率，因而降低了Al₂O₃陶瓷表面中羟基与磺酸钠衍生物的反应的数量，从而降低陶瓷的接枝率。即陶瓷表面Al₂O₃的羟基只有部分成功地被接枝包覆，大部分游离的羟基未能与表面活性单体发生反应而得到接枝包覆，在陶瓷分散的时候依然会存在游离羟基得到分子内氢键作用，从而导致大量的陶瓷团聚。其结果必然是未从根本上解决陶瓷的分散性问题，而且由于较低的接枝率，能交换上的Li⁺也较少，无法满足功能性的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种改性陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，该方法是利用可控活性聚合物将单离子传导聚合物接枝到陶瓷粉体表面，从而提高陶瓷的分散性和功能性。