一种表面改性的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种表面改性的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，在传统的锂离子电池陶瓷隔膜表面生长VNb

A surface modified membrane for lithium ion battery and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种表面改性的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等聚烯烃材料因其具有高强度和耐溶剂腐蚀等优异性及价格低廉的特点，被用作锂离子电池隔膜在锂离子电池研究开发初期的主要材料。近几年，科研人员将PE和PP等聚烯烃材料表面涂覆上一层MgO或Al2O3等陶瓷薄膜制备成改性的隔膜，用于锂离子电池等储能系统。然而，传统的陶瓷薄膜也存在一些缺点，阻碍了其在世界范围内的广泛应用。由于电池内部温度升高可能会引起陶瓷隔膜收缩或者软化，处于这种环境下将直接导致电池内部短路，从而可能引发起火或者爆炸等安全事故。因此，提高隔膜的热稳定性可以有效改善锂离子电池的安全性能。同时，传统的锂离子电池陶瓷隔膜在高温下易起皱，且在受压力较大时经常开裂，低强度限制了其在许多领域的应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种表面改性的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，制备的锂离子电池隔膜耐高温、强度高，具有优异的力学性能和更高的电导率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种表面改性的锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)、将1.6gC10H5NbO20、1.7～2.0gNH4VO3和1.0～2.0gH2C2O4完全溶解在100L醇溶液形成均匀的混合物；步骤(2)、取聚烯烃基陶瓷隔膜A将1.5～2.5g加入到步骤(1)得到的混合物中，然后转移到聚四氟乙烯容器中；步骤(3)、按填充比60-70％将混合物置于水热反应釜中加热到175～185℃并保温12～14小时，冷却至室温，制备出VNb9O25纳米线表面改性陶瓷薄膜，即得到表面改性的锂离子电池隔膜。进一步，所述聚烯烃基陶瓷隔膜A的基膜为干法制备的聚烯烃，基膜单面涂覆有陶瓷涂层，涂层为Al2O3纳米颗粒，D50粒径为0.7μm，涂层和基膜厚度分别为4μm和16μm。进一步，所述步骤(1)将1.6gC10H5NbO20、1.7～2.0gNH4VO3和1.0～2.0gH2C2O4完全溶解在100L醇溶液中静置30～40min，电磁搅拌20～30min形成均匀的混合物。进一步，所述醇溶液为无水乙醇、甲醇、乙二醇或丙二醇。一种表面改性的锂离子电池隔膜在锂离子电池中的应用。本专利技术通过水热法在传统的锂离子电池陶瓷隔膜表面生长VNb9O25纳米线制备了一种表面改性的陶瓷膜；制备的表面改性陶瓷膜即使在温度提高到200℃时仍能保持良好的形状，体现了材料具有优异的力学性能。此外，制备的表面改性陶瓷膜应用在锂离子电池中显示出优异的电化学性能。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术制备的表面改性的陶瓷隔膜，有介孔结构，较小的孔结构有利于抑制小分子的迁移，力学性能好，结构稳定性好，在温度达到200℃时，仍然保持无翘曲、无破裂，作为电池隔膜使用，强度高；(2)本专利技术制备的表面改性的陶瓷隔膜，表面分布有VNb9O25纳米线，与普通陶瓷隔膜相比，具有较好的热稳定性和抗穿刺性，可降低负极锂枝晶刺穿隔膜造成短路的概率，在大电流快充状态性安全性好，对应的锂离子电池的循环稳定性也较好；(3)与普通陶瓷隔膜相比，改性后的VNb9O25纳米线层具有更细小的三维交互的纤维结构，更好的比表面积和孔隙率，因而具有更高的电解液吸附能力，在大倍率放电过程中表现出更高的Li+迁移率。因此本专利技术制备的表面改性的陶瓷隔膜对应的锂离子电池倍率性能较好、导电率较高。附图说明图1为陶瓷隔膜A的SEM显微形貌图。图2为实施例2制备的改性陶瓷隔膜的SEM形貌图。图3为实施例2制备的改性陶瓷隔膜和陶瓷隔膜A的XRD图谱。图4为实施例2制备的改性陶瓷隔膜和陶瓷隔膜A的加热变形图。图5为实施例2制备的改性陶瓷隔膜和陶瓷隔膜A对应电池的循环稳定性曲线。图6为实施例2制备的改性陶瓷隔膜和陶瓷隔膜A对应的电池倍率性能比较图。图7为实施例2制备的改性陶瓷隔膜和陶瓷隔膜A对应的电池的电化学阻抗图谱。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。实施例1步骤(1)、将1.6gC10H5NbO20、2.0gNH4VO3和1.5gH2C2O4完全溶解在100L无水乙醇中静置30min，电磁搅拌30min形成均匀的混合物。步骤(2)、取陶瓷隔膜A(深圳产，干法聚烯烃基膜，单面涂覆陶瓷，涂层为Al2O3纳米颗粒，D50粒径为0.7μm，涂层和基膜厚度分别为4μm和16μm)。将2.5g陶瓷隔膜A加入到混合物中，然后转移到聚四氟乙烯(PTFE)容器中。步骤(3)、按填充比60-70％将混合物置于水热反应釜中加热到185℃并保温12小时，冷却至室温，制备出VNb9O25纳米线表面改性陶瓷薄膜。实施例2步骤(1)、将1.6gC10H5NbO20、1.8gNH4VO3和1.0gH2C2O4完全溶解在100L甲醇中静置40min，电磁搅拌20min形成均匀的混合物。步骤(2)、取陶瓷隔膜A(深圳产，干法聚烯烃基膜，单面涂覆陶瓷，涂层为Al2O3纳米颗粒，D50粒径为0.7μm，涂层和基膜厚度分别为4μm和16μm)。将2.0g陶瓷隔膜A加入到混合物中，然后转移到聚四氟乙烯(PTFE)容器中。步骤(3)、按填充比60-70％将混合物置于水热反应釜中热到180℃并保温13小时，冷却至室温，制备出VNb9O25纳米线表面改性陶瓷薄膜。实施例3步骤(1)、将1.6gC10H5NbO20、1.7gNH4VO3和2.0gH2C2O4完全溶解在100L乙二醇或丙二醇中静置35min，电磁搅拌25min形成均匀的混合物。步骤(2)、取陶瓷隔膜A(深圳产，干法聚烯烃基膜，单面涂覆陶瓷，涂层为Al2O3纳米颗粒，D50粒径为0.7μm，涂层和基膜厚度分别为4μm和16μm)。将1.5g陶瓷隔膜A加入到混合物中，然后转移到聚四氟乙烯(PTFE)容器中。步骤(3)、按填充比60-70％将混合物置于水热反应釜中加热到175℃并保温14小时，冷却至室温，制备出VNb9O25纳米线表面改性陶瓷薄膜。对本专利技术实施例2制备的复合材料，采用扫描电镜、XRD衍射仪和拍照设备进行组织观察，结果如下：图1为原始陶瓷膜的SEM形貌，原始的陶瓷薄膜显示出多孔结构，孔径为0.5～2μm，孔与陶瓷纤维呈交叉状，形成的三维互连结构有利于提高力学性能，也有利于电解液的输送。然而，这些大孔并不能抑制小分子的迁移，高温时隔膜容易收缩或软化，绝缘性下降。图2为实施例2中改性陶瓷隔膜的SEM形貌，所制备的改性陶瓷隔膜具有介孔结构，表面由许多纳米线组成，较小的孔结构有利于抑制小分子的迁移。参照图3，实施例2中制备的改性陶瓷隔膜与VNb9O25材料的衍射峰很相近，表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤(1)、将1.6g C

【技术特征摘要】
1.一种表面改性的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)、将1.6gC10H5NbO20、1.7～2.0gNH4VO3和1.0～2.0gH2C2O4完全溶解在100L醇溶液形成均匀的混合物；
步骤(2)、取聚烯烃基陶瓷隔膜A将1.5～2.5g加入到步骤(1)得到的混合物中，然后转移到聚四氟乙烯容器中；
步骤(3)、按填充比60-70％将混合物置于水热反应釜中加热到175～185℃并保温12～14小时，冷却至室温，制备出VNb9O25纳米线表面改性陶瓷薄膜，即得到表面改性的锂离子电池隔膜。


2.根据权利要求1所述的表面改性的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述聚烯烃基陶瓷隔膜A的基膜为干法制备的聚烯烃，基膜单面涂覆有陶瓷涂层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘守法，仝崇楼，解欢，王引卫，吴松林，黄鹏飞，张宁，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61