[发明专利]高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜及其制备方法。包括以下步骤：首先加入纳米陶瓷，纳米陶瓷表面含有大量的亲水羟基，再加入偶联剂，将丙烯酸通过原位聚合的方式接枝到纳米陶瓷表面，再将氢氧化锂与修饰后的纳米陶瓷反应，得到表面修饰聚丙烯酸锂的改性纳米陶瓷，改性纳米陶瓷与聚合物复合形成凝胶聚合物隔膜，本发明的高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜，有效提高锂离子导通性，提高电池循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜及其制备方法。

背景技术

隔膜是锂离子电池主要部件之一，在锂离子电池中起到分隔正负极避免短路和透过电解液实现锂离子导通的作用。随着锂离子电池应用不断推广，需要提升锂电池的安全性和电化学性能。

目前，通过在隔膜上涂覆涂层以提升隔膜的性能，通过在隔膜上涂覆陶瓷可提高隔膜耐热性、润湿性，通过在隔膜上涂覆聚合物可提高隔膜与极片粘结，陶瓷与聚合物混合或掺杂对隔膜进行涂覆能进一步提高隔膜应用性能，但陶瓷及聚合物结晶区具有不导离子性，使得锂电池循环性能受到局限；

陶瓷及聚合物结晶区的不导离子性已很难满足锂电池高功率、快充快放以及高能量密度等应用需求，高功率隔膜亟待开发。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中陶瓷及聚合物结晶区的不导离子性已很难满足锂电池高功率、快充快放以及高能量密度等应用需求的技术问题。本发明提供一种高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜及其制备方法，有效提高锂离子导通性，提高电池循环性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将纳米陶瓷、乙醇和去离子水混合，通过超声分散后，加入盐酸调节pH值至3~5，并搅拌均匀，形成陶瓷分散液A；S2、将偶联剂加入陶瓷分散液A中，升温至70~90℃，在氮气保护下搅拌0.5~3h，得到表面处理含双键的陶瓷分散液B；S3、将丙烯酸（AA）加入到陶瓷分散液B中，添加引发剂过氧化苯甲酰，在70~90℃的温度下搅拌反应8~24h，得到纳米陶瓷-PAA核壳复合体，并对得到的纳米陶瓷-PAA核壳复合体干燥；S4、将干燥后的纳米陶瓷-PAA核壳复合体加入到溶剂中，搅拌且进行超声分散，接着，添加LiOH，继续进行搅拌并加热，得到聚丙烯酸锂改性的纳米陶瓷分散液；S5、将PVDF-HFP溶解到溶剂中形成聚合物溶液，将聚合物溶液加入到聚丙烯酸锂改性的纳米陶瓷分散液中，得到混合涂布液；S6、将混合涂布液涂覆到聚烯烃隔膜，对经过涂布的聚烯烃隔膜固化干燥，得到锂基修饰的复合凝胶聚合物隔膜。

在步骤S1中，所述纳米陶瓷为氧化铝、氧化硅、氧化钛或勃姆石氢氧化铝中的一种。

在步骤S1中，所述纳米陶瓷为硅溶胶、钛溶胶或铝溶胶中的一种，纳米陶瓷粒径范围0.01~2μm。陶瓷粒径小于0.01μm时，比表面积极大，表面反应单体及添加剂需求较多，导致陶瓷表面聚合反应较难控制，陶瓷粒径高于2μm时，在PVDF-HFP基质中易形成凸点，导致涂层厚度、造孔不均匀，从而使陶瓷在基质中束缚力下降，易脱落。此外，较高的陶瓷颗粒，会使涂层耐热性下降。

在步骤S2中，偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三β-甲氧乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种，所述偶联剂添加量占纳米陶瓷重量百分比为0.1~10wt%。偶联剂低于0.1wt%，不足以包覆陶瓷表面，无法支撑表面聚合反应；使用量过高时超过10wt%，陶瓷表面包覆过剩，过程的添加剂导致隔膜透气损失及电性能影响。

在步骤S3中，丙烯酸和纳米陶瓷的重量比为（0.5~5）:1。丙烯酸使用量低于纳米陶瓷50%时，纳米陶瓷表面接枝聚丙烯酸较少，聚丙烯酸锂形成率较低；但使用量高于纳米陶瓷5倍时，因聚丙烯酸接枝量较大导致粘度增加，不利于纳米陶瓷的分散。