[发明专利]一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法

说明书

本发明为一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法。该方法包括如下步骤：将海藻酸钠加入到水，在室温下搅拌6‑20h，然后加入非离子表面活性剂，继续搅拌2‑12h，得到海藻酸钠涂覆液；将海藻酸钠涂覆液超声处理1‑5h，然后滴在烘干处理的PMIA多孔膜上，涂覆20μm‑200μm，静置2‑10h，再60‑150℃的热处理即可得到Na‑Alg/PMIA复合隔膜。本发明方法制备的Na‑Alg/PMIA复合隔膜工艺简单，在200℃的高温下可以热闭孔且维持尺寸完整性，大大降低了LIBs的热失控爆炸风险。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜的材料，属于高分子材料制备的技术领域；本发明同时涉及该隔膜材料在锂离子电池中对电池的电化学性能的研究，属于电化学检测技术领域。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有高能量密度、长寿命、无记忆效应和环境友好的特点被广泛应用于新能源汽车和3C便携式电子产品。其中，隔膜能够隔断正负极防止短路并传输锂离子，对于保障电池的安全运行起着至关重要的作用。目前，锂电池隔膜主要使用的是聚烯烃类隔膜，尽管聚烯烃隔膜机械强度高、价格廉价且在高温下具备热闭孔性，但其熔融温度较低、热稳定性和电解液浸润性差，从而严重影响锂离子电池的电化学性能和安全性。

在LIBs实际运行过程中隔膜不仅要具备热稳定性，在高温下维持尺寸稳定，还要在电池发生热失控时切断锂离子的传输，强制关机。Yuan等人通过在PE隔膜表面浸渍涂覆胶体SiO₂纳米颗粒使隔膜在150℃处理下无热收缩。(Enhanced thermal stability andlithium ion conductivity of polyethylene separator by coating colloidal SiO₂nanoparticles with porous shell.10.1016/j.jcis.2019.06.102)Cheng利用同轴静电纺丝合成PMIA@PVDF纳米纤维隔膜，离子电导率达1.7mS cm^-1，在180℃处理下，PVDF外壳可以熔化并完全堵塞隔膜。(Anovel core-shell structured poly-m-phenyleneisophthalamide@polyvinylidene fluoride nanofiber membrane forlithium ion batteries with high-safety and stable electrochemicalperformance.10.1016/j.electacta.2019.01.115)以聚烯烃为基膜进行改性，热稳定性能的提升有限。

发明内容

本发明针对目前聚烯烃隔膜热稳定性差，在高温下尺寸收缩严重，影响LIBs安全的问题，开发了一种PMIA和Na-Alg复合多孔隔膜的制备方法。该方法将PMIA作为热稳定性材料的支撑骨架，Na-Alg(海藻酸钠)作为涂覆层改善隔膜润湿性的同时，使隔膜具备热闭孔的特性。该复合多孔膜的制备方法中，首先通过非溶剂相转化方法制备出海绵状均匀多孔的PMIA隔膜，将Na-Alg浆液涂敷在PMIA隔膜表面，两种材料的结合使隔膜兼具热稳定性和热闭孔的性能，将此复合多孔膜用作锂离子电池隔膜，提高电池的电化学性能。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种海藻酸钠涂覆间位芳纶锂离子电池隔膜的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将海藻酸钠加入到水，在室温下搅拌6-20h，然后加入非离子表面活性剂，继续搅拌2-12h，得到海藻酸钠涂覆液；

其中，海藻酸钠涂覆液含有0.5wt.％-5wt.％的海藻酸钠、0.5wt.％-5wt.％的非离子表面活性剂；

所述非离子表面活性剂为吐温80、吐温60、吐温20、月桂基磷酸酯、油醇、十八醇、聚甘油硬脂酸酯、聚甘油油酸酯中的一种或多种，特别优选的所述非离子表面活性剂为吐温80。