一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：将无机固体氧化物加入水中，同时加入分散剂、粘结剂、润湿剂和消泡剂经搅拌均匀后，形成质量分数为30‑40%的无机固体氧化物预分散液；（2）将无机固体氧化物预分散液加入离子聚合物溶液中进行搅拌均匀，得到固含量为25%‑35%的无机物/离子聚合物共混溶液；（3）将无机物/离子聚合物溶液双面涂布在PE基膜上，经干燥后得到三层复合膜结构的离子交换膜。本发明专利技术制备的离子交换膜增加了锂离子的传导能力，降低锂离子电池的内阻，提高了对电解液的浸润性及吸液，保液能力，进而提高锂离子电池的循环性能；同时采用三层复合膜结构增加了膜的机械强度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有能量密度高，工作电压高，循环寿命长，无记忆效应等优点，广泛应用于国防工业、电动行业、空间技术等大型应用领域。锂离子电池主要由正、负极材料，电解液，隔膜，外壳组成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，隔膜在锂离子电池中起着阻隔正、负极和提供锂离子传输通道的作用，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环以及安全性能等特性。目前锂离子电池隔膜的设计理念为：形成微孔结构的隔膜，使锂离子能够通过薄膜中的微孔进行传输。故通常隔膜的孔隙率越高，锂离子的传导能力越强，但同时其力学性能会受到影响，而同时能兼顾孔隙率及力学强度较为困难。因此，需要开发一种新材料以满足锂离子电池隔膜的各项要求，包括：机械强度，热稳定性，浸润性，厚度，孔隙率等。针对上述问题，本专利技术公开了一种无机/有机离子交换膜，利用离子交换膜中的磺酸基团增加锂离子交换能力，提高锂离子的传导，从而降低锂离子电池的内阻，提高锂离子电池电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法。一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将无机固体氧化物加入水中，同时加入分散剂、粘结剂、润湿剂和消泡剂经搅拌均匀后，形成质量分数为30-40％的无机固体氧化物预分散液；(2)将无机固体氧化物预分散液加入离子聚合物溶液中进行搅拌均匀，得到固含量为25％-35％的无机物/离子聚合物共混溶液；(3)将无机物/离子聚合物溶液双面涂布在PE基膜上，经干燥后得到三层复合膜结构的离子交换膜。进一步方案，所述无机固体氧化物为勃姆石、SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2中的一种或几种。进一步方案，所述粘结剂的加入质量为5-10％，所述分散剂的加入质量为0.3-0.6％，所述消泡剂的加入质量为0.5-1.5％，所述润湿剂的加入质量为0.5-0.8％。进一步方案，所述离子聚合物溶液为全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物(Nafion)、磺酸化纤维素、磺酸化PVA中的一种或几种。进一步方案，所述无机物/离子聚合物溶液涂层的厚度为1-3μm。本专利技术中分散剂、粘结剂、润湿剂和消泡剂为本领域常用的，比如分散剂为颜料亲和共聚物，粘结剂为丙烯酸类物质，润湿剂为聚醚氧基共聚物，消泡剂为硅树脂。电池组装：以LiFePO4为正极材料、石墨作为负极、LiPF6溶液作为电解液，和本专利技术制备的离子交换膜为隔膜材料，组装得到锂离子电池。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)与传统的锂离子电池隔膜相比，本专利技术采用离子交换膜作为锂离子电池隔膜，增加了锂离子的传导能力，降低锂离子电池的内阻。(2)本专利技术中采用无机物/离子聚合物组成的离子交换膜，无机纳米粒子的加入提高了隔膜的耐热性，同时，磺酸化的膜结构中含有大量的-OH等亲水性基团，提高了隔膜对电解液的浸润性及吸液，保液能力，进而提高锂离子电池的循环性能。(3)本专利技术利用Nafion、纤维素溶液、PVA等溶液的高成膜性能，构造三层复合膜结构增加了膜的机械强度，从而提高锂离子电池的安全性能。具体实施方式本专利技术一种锂离子电池离子交换膜的制备方法，有以下各实施例，各实施例中数据以质量计。实施例1：一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：第一步：无机固体氧化物预分散液的制备：将Al2O3分散于水中，再加入的0.5％的分散剂以2000r/min搅拌3h；然后加入5％的粘结剂、0.5％的润湿剂、0.5％的消泡剂，以1000r/min搅拌1.5h，得到质量分数为35％的Al2O3预分散液。第二步：无机物/离子聚合物溶液的制备：取Al2O3预分散液加入Nafion溶液中，以500r/min搅拌均匀，得到固含量为30％的无机物/离子聚合物共混溶液。第三步：离子交换膜的制备：将第二步得到的无机物/离子聚合物溶液双面涂布在16μm的PE基膜上，60℃干燥后得到总涂层厚度为2μm的锂离子电池的离子交换膜。第四步：电池组装：以第三步得到的离子交换膜为隔膜材料、LiFePO4为正极材料、石墨作为负极、LiPF6溶液作为电解液，组装后得到锂离子电池。实施例2：本专利技术一种锂离子电池离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：第一步：同实施例1第一步。第二步：无机物/离子聚合物溶液的制备。取第一步中的氧化物预分散液，加入磺酸化PVA溶液中，1000r/min搅拌均匀，得到固含量为25％的无机物/离子聚合物共混溶液；第三步：离子交换膜的制备。将第二步得到的无机物/离子聚合物溶液与16μm的PE基膜上进行双面涂布，60℃干燥后得到总涂层厚度为3μm的锂离子电池离子交换膜。第四步：同实施例1第四步。实施例3：本专利技术一种锂离子电池离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：第一步：无机固体氧化物预分散液的制备。取一定量的ZrO2预分散液，加入的6‰的分散剂，2000r/min搅拌3h，然后加入6％的粘结剂，8‰的润湿剂，5‰的消泡剂，1000r/min搅拌1.5h，得到质量分数为30％的ZrO2预分散液。第二步：无机物/离子聚合物溶液的制备。取第一步中的氧化物预分散液，加入Nafion溶液中，500r/min搅拌均匀，得到固含量为25％的无机物/离子聚合物共混溶液；第三步：离子交换膜的制备。将第二步得到的无机物/离子聚合物溶液与16μm的PE基膜上进行双面涂布，60℃干燥后得到总涂层厚度为3μm的锂离子电池离子交换膜。第四步：同实施例1第四步。实施例4：本专利技术一种锂离子电池离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：第一步：无机固体氧化物预分散液的制备。取一定量的MgO预分散液，加入的6‰的分散剂，2000r/min搅拌3h，然后加入6％的粘结剂，8‰的润湿剂，5‰的消泡剂，1000r/min搅拌3h，得到质量分数为35％的MgO预分散液。第二步：同实施例2第二步。第三步：离子交换膜的制备。将第二步得到的无机物/离子聚合物溶液与16μm的PE基膜上进行双面涂布，60℃干燥后得到总涂层厚度为1μm的锂离子电池离子交换膜。第四步：同实施例1第四步。实施例5：本专利技术一种锂离子电池离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：第一步：无机固体氧化物预分散液的制备。取一定量的Al2O3预分散液，加入的5‰的分散剂，2000r/min搅拌3h，然后加入5％的粘结剂，5‰的润湿剂，5‰的消泡剂，1000r/min搅拌1.5h，得到质量分数为35％的Al2O3预分散液。第二步：无机物/离子聚合物溶液的制备。取第一步中的氧化物预分散液，加入磺酸化纤维素溶液中，1000r/min搅拌均匀，得到固含量为30％的无机物/离子聚合物共混溶液；第三步：离子交换膜的制备。将第二部得到的无机物/离子聚合物溶液与16μm的PE基膜上进行双面涂布，60℃干燥后得到总涂层厚度为2.5μm的锂离子电池离子交换膜。第四步：电池组装：以LiFePO4为正极材料，石墨作为负极，以LiPF6溶液作为电解液，第三步得到的隔膜样品为隔膜材料，组装后得到锂离子电池。实施例6：本专利技术一种锂离子电池离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：第一步：无机固体氧化物预分散液的制备。取一定量的勃姆石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将无机固体氧化物加入水中，并同时加入分散剂、粘结剂、润湿剂和消泡剂经搅拌均匀后，形成质量分数为30‑40%的无机固体氧化物预分散液；（2）将无机固体氧化物预分散液加入离子聚合物溶液中进行搅拌均匀，得到固含量为25%‑35%的无机物/离子聚合物共混溶液；（3）将无机物/离子聚合物溶液双面涂布在PE基膜上，经干燥后得到三层复合膜结构的离子交换膜。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的离子交换膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将无机固体氧化物加入水中，并同时加入分散剂、粘结剂、润湿剂和消泡剂经搅拌均匀后，形成质量分数为30-40%的无机固体氧化物预分散液；（2）将无机固体氧化物预分散液加入离子聚合物溶液中进行搅拌均匀，得到固含量为25%-35%的无机物/离子聚合物共混溶液；（3）将无机物/离子聚合物溶液双面涂布在PE基膜上，经干燥后得到三层复合膜结构的离子交换膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机固体氧化物为勃姆石、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：代北北，张江伟，宣杰，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34