[发明专利]一种功能化的涂胶隔膜及锂离子电池

说明书

一种功能化的涂胶隔膜及锂离子电池，通过将涂胶层的聚合物骨架PVDF经单离子导体锂盐接枝改性后实际上是在不改变涂胶层原有功能的基础上，进一步在电极/电解质界面处构筑了单锂离子传导的离子传输层，由于在锂离子电池等体系中，只有锂离子真实参与电化学反应和能量转换过程，电解液中阴离子的移动反倒会造成其在电极表面的积累，导致电池极化的增加和界面副反应的发生，PVDF涂胶层本身的作用是可以有效改善隔膜与电极的粘接性及与电解液的浸润性，通过在PVDF骨架上引入固定化的阴离子基团，本发明提供的界面单锂离子传输的功能化可以进一步优化涂胶层、隔膜和液态锂离子电池的性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种功能化的涂胶隔膜及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具备较高的能量密度和良好的循环性能等优点，在便携式设备中已经获得了极其广泛的应用。隔膜是置于电池正负极之间的多微孔薄膜，离子可以自由通过，同时隔断正负极的直接接触。目前主要商业隔膜材料主要是聚烯烃类的多孔聚合物薄膜。聚烯烃隔膜存在对电极极片粘接性能差和与碳酸酯类电解液亲液性能不足等问题，从而使得电池出现循环性能差、热稳定性能低、电极极片与隔膜界面不稳定、电池硬度差、不利于加工与运输等一系列问题，这大大限制了电池能量密度和循环寿命的提高以及高性能超薄电池的发展。

为了改善聚烯烃隔膜对极片的粘接性和电解液浸润性，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜上涂覆偏氟乙烯(poly vinylidene fluoride，PVDF)涂层，构筑所谓的涂胶隔膜，由于油性涂覆PVDF的分子链段呈舒展状态，相比较水性涂覆中的蜷缩状态，其更容易做薄，且具有更高的剥离强度，这种涂胶层可以有效改善隔膜的粘接性，同时与电解液有良好的浸润性，可以大大改善电池性能。但是，目前商业锂离子电池中使用的电解液为双离子体系，即锂盐解离出的锂离子和阴离子同时在电解液中移动，实际上，阴离子并不参与电池内部的能量转换反应，其迁移和在电极表面的富集还会造成电极/电解质界面空间电荷层的产生，使极化增大，不利于电池的倍率性能等。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种功能化的涂胶隔膜及锂离子电池，将PVDF粉末先经接枝处理在其链段上引入单离子导体锂盐结构，再将其溶解涂布在聚烯烃隔膜的表面，这种功能化的涂胶隔膜可以有效解决电极表面阴离子富集等造成的电池极化问题，进一步提升涂胶隔膜与现有商业化液态锂离子电池的性能。

本发明采用的技术解决方案是：一种功能化的涂胶隔膜，包括隔膜基材和隔膜基材上涂覆的功能化的单离子导体改性的涂胶层，所述的功能化的单离子导体改性的涂胶层为单离子导体锂盐接枝处理的聚偏氟乙烯涂层。隔膜基材的结构可以是单层，也可以是以上材料构成的双层或多层结构。

所述的涂胶层厚度为50nm-10μm，优选为0.5nm-1μm。

所述的单离子导体锂盐包为丙烯酸锂、乙烯基磺酸锂、[(三氟甲基)(乙烯基)]磺酰亚胺锂，乙烯基硼酸锂、烯丙基磺酸锂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的的一种或几种。

所述的单离子导体锂盐接枝处理的聚偏氟乙烯涂层的接枝率为5%-80%。

所述的隔膜基材为聚烯烃类多孔聚合物隔膜。

所述的聚烯烃类多孔聚合物隔膜包括但不仅限于，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚环氧乙烷或者上述聚合物衍生的共混、共聚体系中的至少一种构成的聚合物膜。

一种功能化的涂胶隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备单离子导体锂盐接枝处理的聚偏氟乙烯涂层：取PVDF粉末充分分散在单离子导体锂盐水溶液中进行表面接枝处理，最终产物经离心、洗涤、干燥后得到单离子锂盐接枝处理的PVDF粉末；