一种电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电池隔膜及其制备方法和应用。本发明专利技术的电池隔膜的组成包括聚乙烯隔膜和附着在聚乙烯隔膜表面的有机

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)具有高能量密度和长使用寿命，在现代人类社会中几乎无处不在。近些年来，随着电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的快速发展，锂离子电池的市场需求不断增加。聚烯烃隔膜是目前应用最广泛的锂离子电池隔膜，但其存在熔点低、高温下易收缩、机械强度低、与电解液的亲和性较差等固有缺陷，阻碍了其在高功率和高容量的锂离子电池中的应用，且其在恶劣的条件下还容易发生大的热收缩，最终会导致电池内部短路和热失控，存在较大的安全隐患。
[0003]目前，主要是通过在聚烯烃隔膜上涂覆无机陶瓷材料(例如：SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2等)形成陶瓷涂层来提高其耐热性能和机械性能。陶瓷涂层不仅可以为隔膜提供一个刚性的骨架，从而有效提高其机械强度，阻止其在高温下的热收缩，而且无机陶瓷材料含有的羟基等极性官能团还可以提高电解质与隔膜之间的亲和力。然而，通过该方法制备得到的隔膜通常只能耐140℃左右的高温，当处于更高温度条件下时隔膜会严重收缩，并不足以保证电池的使用安全，原因在于：无机陶瓷颗粒在分散过程中容易结块或沉降，导致其在隔膜表面的分布不均匀，最终严重影响隔膜的热稳定性和机械稳定性的提升，此外，无机陶瓷颗粒还容易堵塞隔膜的孔隙，从而会抑制锂离子的传输，最终导致锂离子电池的循环性能和速率性能明显下降。
[0004]因此，开发一种热稳定性优异、机械强度高、电解液润湿性能优异的电池隔膜具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种电池隔膜及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种电池隔膜，其组成包括聚乙烯隔膜和附着在聚乙烯隔膜表面的有机
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无机复合涂层；所述有机
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无机复合涂层的组成包括纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒。
[0008]优选的，所述有机
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无机复合涂层中纤维素纤维、云母纳米片、纳米氧化铝颗粒的质量比为1:3～15:6～15。
[0009]优选的，所述有机
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无机复合涂层的厚度为160nm～460nm。
[0010]优选的，所述纤维素纤维为甲基纤维素(MC)纤维、羟丙基甲基纤维素(HPMC)纤维、羟乙基纤维素(HEC)纤维、羧甲基纤维素(CMC)纤维中的至少一种。
[0011]优选的，所述纤维素纤维的长度为1μm～3μm。
[0012]优选的，所述云母纳米片的片径为2μm～5μm。
[0013]优选的，所述纳米氧化铝颗粒的粒径为100nm～200nm。
[0014]优选的，所述聚乙烯隔膜的厚度为5μm～15μm。
[0015]一种如上所述的电池隔膜的制备方法包括以下步骤：将纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒分散在溶剂中制成分散液，再涂覆在聚乙烯隔膜表面进行干燥成膜，即得电池隔膜。
[0016]一种锂离子电池，其包含上述电池隔膜。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术的电池隔膜具有热稳定性优异、机械强度高、电解液润湿性能优异等优点，且其制备方法简单、生产成本低，适合进行大规模工业化应用。
[0018]具体来说：本专利技术的电池隔膜中包含零维结构的纳米氧化铝颗粒、一维结构的纤维素纤维和二维结构的云母纳米片，纤维素纤维和纳米氧化铝颗粒可以形成类似钢筋混凝土的结构，不仅可以增加涂层和隔膜之间的结合力，而且还可以为纳米氧化铝颗粒提供有效的支撑，而云母纳米片可以与类似钢筋混凝土的结构结合，进而可以进一步提高涂层的强度，最终得到一种热稳定性优异、机械强度高、电解液润湿性能优异的电池隔膜。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的电池隔膜中的有机
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无机复合涂层的结构示意图。
[0020]图2为实施例2中的电池隔膜的SEM图和元素分布图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。
[0022]实施例1：
[0023]一种电池隔膜，其制备方法包括以下步骤：
[0024]1)将纳米氧化铝颗粒(粒径100nm～200nm，中国科学院兰州化学物理研究所)和水按质量比1:4混合，再在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌12h，得到纳米氧化铝颗粒分散液；
[0025]2)将羧甲基纤维素纤维(长度为1μm～2μm，中国科学院兰州化学物理研究所)和水按质量比3:97混合，再在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌12h，得到羧甲基纤维素纤维分散液；
[0026]3)将云母纳米片(片径为2μm～5μm，中国科学院兰州化学物理研究所)和水按质量比1:4混合，再在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌12h，得到云母纳米片分散液；
[0027]4)将3.032g的纳米氧化铝颗粒分散液和36.058g的羧甲基纤维素纤维分散液混合，再在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌12h，得到纳米氧化铝颗粒
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羧甲基纤维素纤维分散液；
[0028]5)将10.231g的纳米氧化铝颗粒
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羧甲基纤维素纤维分散液和19.343g的云母纳米片分散液混合，再在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌12h，得到复合涂层浆料；
[0029]6)将复合涂层浆料通过涂布机均匀涂覆在聚乙烯隔膜(深圳市星源材质科技股份有限公司的SW11，厚度为11μm)表面，再干燥成膜形成有机
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无机复合涂层，即得电池隔膜(电池隔膜由聚乙烯隔膜和附着在聚乙烯隔膜表面的有机
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无机复合涂层构成，有机
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无机复合涂层的结构示意图如图1所示)。
[0030]实施例2：
[0031]一种电池隔膜，其制备方法包括以下步骤：
[0032]1)将纳米氧化铝颗粒(粒径100nm～200nm，中国科学院兰州化学物理研究所)和水按质量比1:1混合，再在搅拌速度为1200r/min的条件下搅拌12h，得到纳米氧化铝颗粒分散液；
[0033]2)将甲基纤维素纤维(长度为2μm～3μm，中国科学院兰州化学物理研究所)和水按质量比9:91混合，再在搅拌速度为1200r/min的条件下搅拌12h，得到甲基纤维素纤维分散液；
[0034]3)将云母纳米片(片径为2μm～5μm，中国科学院兰州化学物理研究所)和水按质量比2:3混合，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌12h，得到云母纳米片分散液；
[0035]4)将3.084g的纳米氧化铝颗粒分散液和27.156g的甲基纤维素纤维分散液混合，再在搅拌速度为1200r/min的条件下搅拌24h，得到纳米氧化铝颗粒
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甲基纤维素纤维分散液；
[0036]5)将12.045g的纳米氧化铝颗粒<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，组成包括聚乙烯隔膜和附着在聚乙烯隔膜表面的有机
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无机复合涂层；所述有机
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无机复合涂层的组成包括纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒。2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述有机
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无机复合涂层中纤维素纤维、云母纳米片、纳米氧化铝颗粒的质量比为1:3～15:6～15。3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述有机
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无机复合涂层的厚度为160nm～460nm。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的电池隔膜，其特征在于：所述纤维素纤维为甲基纤维素纤维、羟丙基甲基纤维素纤维、羟乙基纤维素纤维、羧甲基纤维素纤维中的至少一种。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛健，杨志豪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：