介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜及其制备制造技术

本发明专利技术属于锂二次离子电池电解质技术领域，具体涉及一种介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜及其制备方法，该制备方法以聚合物作为基体，纳米氧化硅颗粒作为填料。本发明专利技术制备的介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜，具有高度的吸附空间和吸附效率；具有高的离子电导率和高的热分解温度，能够满足锂二次电池的正常运行；工艺路线简单、原料便宜易得、反应时间短、操作方便、无污染。无污染。无污染。

【技术实现步骤摘要】
介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜及其制备


[0001]本专利技术属于锂二次离子电池电解质
，具体涉及一种兼有高安全性和热稳定性的介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]科学技术的发展推动着各种化学电源的改进以及新型化学电源的产生。随着电子技术的发展，电池不断向着小型化和高性能的方向飞速发展。锂离子电池研究从上个世纪50年代开始研究，到1991年索尼公司推出商业化锂离子电池，发展速度迅速。锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上。锂离子电池具有比能量高、电池电压高、储存寿命长、工作温度范围宽、清洁无污染等优点而倍受亲睐。锂离子电池一般由正极、负极、承载有电解质的隔膜三个主要部分组成。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分之一，主要作用为：隔开电池的正负极，防止电池内部短路，作为电解质载体，为锂离子移动提供通道。隔膜对锂离子电池使用环境、比容量、安全性能、使用寿命等具有极其重要的影响，所以研究开发具有优异性能且制备工艺简单，适合工业化生产的聚合物隔膜是提高锂离子电池应用的重要方向。
[0003]目前，商用锂离子电池一般采用聚烯烃系树脂，常用的有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)单层微孔膜，以及由PP和PE复合的多层微孔膜作为隔离膜。但其孔隙率低、对电解液润湿性差等问题，不利于动力电池大电流充放电和长时间使用的容量保持。同时，聚烯烃膜高温收缩率大、热稳定性低的弊端是导致电池高温热失效、电池内部短路起火的主要原因。
[0004]专利“一种微孔隔膜的制备方法及微孔隔膜”(CN103633272A)提出了一种具有微孔结构，热收缩性能好的隔膜的制备方法，但聚乙烯、聚丙烯隔膜对电解质亲和性较差的问题依旧没有得到改善。专利“一种全陶瓷锂离子电池隔膜及其制备方法”(CN111477818A)提出了热稳定性高的多孔陶瓷隔膜的制备方法，但是其具有机械性能差，对电解液湿润性差等问题。因此，开发新型耐高温、机械性能强，孔隙率高，适合大电流充放电的动力型锂离子电池隔膜产品已经是发展电动汽车的当务之急。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜及其制备方法，以聚合物作为基体，纳米氧化硅颗粒作为填料，得到了一种高离子电导率、热稳定性好、高安全性的锂离子电池隔膜材料。
[0006]按照本专利技术的技术方案，所述介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤，
[0007]S1：将模板剂溶解在混合溶剂中，调节pH>7，加入硅源，反应制得介孔氧化硅；
[0008]S2：将聚合物A溶解于有机溶剂I中，加入所述介孔氧化硅，得到浆料；
[0009]S3：将所述浆料放入水中进行相转化，干燥得到所述介孔氧化硅/聚合物复合膜；
[0010]S4：在惰性气体的保护下，将所述氧化硅/聚合物复合膜浸渍在电解液中，制得所
述介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜。
[0011]进一步的，所述模板剂为氨基酸衍生物，其结构式如式I所示：
[0012][0013]其中，X
‑
为盐的阴离子，选自Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、PF6‑
或ClO4‑
，R为氨基酸的侧链基团(氨基酸的
‑
CO
‑
C
‑
NH
‑
结构是接在主链上)，n1＝1
‑
16，n2＝1
‑
16；所述氨基酸选自丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、苏氨酸或丝氨酸。
[0014]进一步的，所述硅源通式为：(OR
″
)3Si—X—Si(OR
″
)3；其中，R
″
为甲基或乙基，X为有机基团；具体的，选自正硅酸四甲酯(TMOS)、正硅酸四乙酯(TEOS)、4,4'
‑
二(三乙氧基)
‑
1,1'
‑
联苯(BTSB)、1,4
‑
双(三乙氧基硅基)苯(BTEB)、双(三乙氧基硅基)乙烯(BTEE)、1,3
‑
二(三乙氧基硅基)苯、1,2
‑
(三乙氧基硅基)乙烷、双(三乙氧基硅基)甲烷(BTEM)或1,8
‑
二(三乙氧基硅烷基)辛烷中的一种或多种。
[0015]进一步的，所述模板剂与硅源的质量比为1：3
‑
6。
[0016]进一步的，所述混合溶剂中还溶解有苯酚类化合物。
[0017]进一步的，每1mol模板剂加入苯酚类化合物的量不超过60mol。
[0018]进一步的，所述苯酚类化合物的结构式为其中，R'为羟基、烷基或氨基；具体的，可以选自间苯二酚、3
‑
氨基苯酚、邻苯二酚和3
‑
甲基苯酚中的一种或多种。
[0019]进一步的，所述步骤S1中，加入硅源的同时加入甲醛。
[0020]进一步的，每1mL硅源加入的甲醛不超过50mL。
[0021]进一步的，所述步骤S1中，混合溶剂为有机溶剂与水的混合溶剂中；模板剂和苯酚类化合物溶解的溶解过程为：将模板剂和苯酚类化合物加入有机溶剂II中，加热溶解后加入水。
[0022]具体的，有机溶剂II为无水乙醇或无水甲醇，加热溶解的温度为30
‑
80℃。
[0023]进一步的，所述步骤S1中，反应过程包括：搅拌反应5
‑
12h，50
‑
00℃条件下老化8
‑
24h，抽滤，烘干，升温至300
‑
800℃去除酚醛树脂。
[0024]进一步的，所述聚合物选自聚苯乙烯(PS)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙酰亚胺(PEI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)或聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物(PVDF
‑
HFP)。
[0025]进一步的，所述聚合物与所述介孔氧化硅的质量比为9
‑
6：1
‑
4。
[0026]进一步的，所述有机溶剂I选自N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EA)、二氯甲烷(DCM)、N,N
‑
二甲基乙酰胺(DMAC)、四氢呋喃(THF)和丙酮(DMK)中的一种或多种。
[0027]进一步的，所述电解液选自碳酸丙烯酯(PC)，乙二醇二甲醚(DME)，碳酸二甲酯(DMC)，碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)中的一种或多种。
[0028]进一步的，所述惰性气体为氩气(N2)或氩气(Ar)，惰性气体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：将模板剂溶解在混合溶剂中，调节pH>7，加入硅源，反应制得介孔氧化硅；S2：将聚合物A溶解于有机溶剂I中，加入所述介孔氧化硅，得到浆料；S3：将所述浆料放入水中进行相转化，干燥得到所述介孔氧化硅/聚合物复合膜；S4：在惰性气体的保护下，将所述氧化硅/聚合物复合膜浸渍在电解液中，制得所述介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜。2.如权利要求1所述的介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述模板剂为氨基酸衍生物，其结构式如式I所示：其中，X
‑
选自Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、PF6‑
或ClO4‑
，R为氨基酸的侧链基团，n1＝1
‑
16，n2＝1
‑
16；所述氨基酸选自丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、苏氨酸或丝氨酸。3.如权利要求1或2所述的介孔氧化硅/聚合物复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述模板剂与硅源的质量比为1：3
‑
6。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艺，朱亚楠，杨永刚，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：