【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂离子电池，尤其涉及一种单离子导体聚合物电解质隔膜及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池由于其高工作电压、长循环寿命、低自放电率等优点，在便携式电子产品，电动汽车和储能系统中得到了越来越广泛的应用，并且随着应用范围的拓宽也对锂离子电池性能提出了更高的要求。在电池的充放电循环过程中，只有锂离子的电荷传输为有效电荷，反映电池的充放电特性，锂离子迁移数反映了充放电过程中传输有效电荷的占比。因此对包括电极，电解液和隔膜进行功能性设计以实现更高效的离子-电子传输，对提升锂离子电池的功率密度和能量密度具有重要的意义。
2、隔膜除了起到对正负极物理阻隔的作用，并不具备本征离子传导能力。传统的聚烯烃膜通过浸润和吸收电解液，作为电解液存储载体介导离子传输，并且传统聚烯烃隔膜对离子传导没有选择性，电池中的离子迁移数完全由电解质性质所决定。引入亲水链段或者构建有序微纳结构，有助于增强隔膜的吸液保液能力，是改善隔膜离子传导能力的常见方式。另一种方式是通过在隔膜中引入具备离子传导能力的介质，构建离子传输通道，调控膜内离子传输行为，提高离子传导选择性进而提高离子传导能力。
3、如专利cn108598563a提供了一种新方法，内容为一种水性固态电解质膜的制备。其制备方法为：1)将水溶性分散剂、水溶性粘结剂以及水溶性助剂和去离子水按比例混合均匀得到第一混合物；2)按比例将固态电解质粉体逐步加入到第一混合物中，高速搅拌得到第二混合物，筛网过滤得到涂覆浆料。其中固态电解质粉体具体为lisicon型固态电解质材料、nasicon型
4、如专利cn113097645a提供了一种新方法，内容为一种复合聚合物电解质隔膜的制备。其制备方法是：1)将聚合物单体、电解液、交联剂和引发剂按照一定质量比混合得到混合液；聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇甲基二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸胺中的一种或多种；2)选取陶瓷复合隔膜，将陶瓷复合隔膜浸泡在混合液中，真空超声处理得到湿隔膜；3)将湿隔膜经过紫外光或者热固化得到复合聚合物电解质隔膜；复合聚合物电解质隔膜中聚合物单体聚合形成三维网状结构包覆于陶瓷复合隔膜外表面形成凝胶电解质，为离子传导迁移提供连续的非晶相导电通道，促进锂离子传输，但该方法聚合物电解质是双离子导体，即锂离子和阴离子在充放电过程中都会产生迁移，由于锂离子与聚合物有络合，迁移速率比阴离子慢很多，在锂离子电池的实际充放电过程中，不参加电极反应的阴离子会聚集在电极/电解质界面上，产生浓差极化现象，导致了与外压电场反向极化电势的存在，这一极化电势阻碍了锂离子的进一步迁移，降低了电池的能量利用率和使用寿命。
技术实现思路
1、针对现有技术的锂离子电池存在浓差极化、溶出风险导致电池容量衰减、电池循环性能下降和电池的能量利用率降低等问题，本申请提供了一种单离子导体聚合物电解质隔膜，该单离子导体聚合物电解质主链为带电负性功能性基团的均聚或嵌段共聚物，通过修饰不同种类的阴离子基团或者阴离子受体，限制阴离子移动，抑制阴离子浓差极化；将该单离子导体聚合物电解质引入隔膜中，可以促进隔膜中锂离子的迁移，进而提高锂离子电池的循环和倍率性能。
2、具体的，为了实现上述技术方案，第一方面，本申请提供了一种单离子导体聚合物电解质隔膜，隔膜包含基膜和涂布于基膜之上的涂覆浆料，涂覆浆料按照份数比包括：1-70份的组合物和30-99份的去离子水；组合物包括水溶性分散剂0.01wt％-2wt％，水溶性粘结剂0.01wt％-5wt％，表面活性剂0.01wt％-2wt％，悬浮稳定剂0.01wt％-2wt％，单离子导体聚合物电解质89wt％-99.6wt％。
3、作为优选地，隔膜包括基膜和涂布于基膜一侧或两侧及渗透至基膜中的涂覆浆料构成的单离子导体聚合物电解质层，基膜厚度为1μm-50μm，单离子导体聚合物电解质层厚度为0.1μm-10μm。
4、作为优选地，基膜包括聚丙烯(pp)隔膜、聚乙烯(pe)隔膜、聚酰亚胺(pi)静电纺丝隔膜、聚乙烯/聚丙烯双层复合膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜(pp/pe/pp)、无纺布膜、纤维膜、陶瓷涂布隔膜、快离子导体涂覆隔膜、pvdf涂胶隔膜等中的任一种。
5、作为优选地，的单离子导体聚合物电解质主链为包括但不限于聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚乙二醇、藻蛋白酸钠、明胶、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季铵盐和羧甲基纤维素中的一种或多种；侧链为阴离子基团或者由路易斯酸组成的阴离子受体。
6、作为优选地，水溶性粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、醋酸乙烯酯、聚氨酯、丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇和聚(偏二氟乙烯-共六氟丙烯)中的一种或多种混合。
7、作为优选地，水溶性分散剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、辛基苯酚聚氧乙烯和磺酸盐氟分散剂中的一种或多种。
8、作为优选地，水溶性分散剂为表面活性剂为聚氧乙烯烷基酚醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯烷基胺和聚氧乙烯酰胺的一种或几种组合。
9、作为优选地，悬浮稳定剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、水溶性生物多糖、海藻酸钠、聚丙烯酸钠和聚酰胺中的一种或多种混合。
10、第二方面，本申请提供了一种单离子导体聚合物电解质隔膜的制备方法，包括以下步骤：
11、将水溶性分散剂、水溶性粘结剂、表面活性剂、悬浮稳定剂和去离子水按所需比例加入搅拌罐中，分散均匀得到第一混合物a；
12、按所需比例将单离子导体聚合物电解质逐步加入到第一混合物a中，进行高速搅拌分散，搅拌速度为10-5000rpm，得到涂覆浆料b；
13、将涂覆浆料b以1m/min-100m/min的速度涂布于隔膜的单面或双面，在40-140℃下干燥后得到单离子导体聚合物电解质隔膜。
14、第三方面，本申请提供了一种包括本申请任意实施例提供的单离子导体聚合物电解质隔膜的二次电池，二次电池具体为液态离子电池、半固态离子电池、固态锂离子电池及金属锂电池中的一种。
15、本申请具有如下有益本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述隔膜包含基膜和涂布于所述基膜之上的涂覆浆料，所述涂覆浆料按照份数比包括：1-70份的组合物和30-99份的去离子水；所述组合物包括水溶性分散剂0.01wt％-2wt％，水溶性粘结剂0.01wt％-5wt％，表面活性剂0.01wt％-2wt％，悬浮稳定剂0.01wt％-2wt％，单离子导体聚合物电解质89wt％-99.6wt％。
2.根据权利要求1所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基膜和涂布于所述基膜一侧或两侧及渗透至基膜中的涂覆浆料构成的单离子导体聚合物电解质层，所述基膜厚度为1μm-50μm，所述单离子导体聚合物电解质层厚度为0.1μm-10μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述基膜包括聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚酰亚胺静电纺丝隔膜、聚乙烯-聚丙烯双层复合膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜、无纺布膜、纤维膜、陶瓷涂布隔膜、快离子导体涂覆隔膜、PVDF涂胶隔膜中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种单离子导体聚合
5.根据权利要求4所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述水溶性粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、醋酸乙烯酯、聚氨酯、丁苯乳胶、苯丙乳胶和聚乙烯醇中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述水溶性分散剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、辛基苯酚聚氧乙烯和磺酸盐氟分散剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述水溶性分散剂为表面活性剂为聚氧乙烯烷基酚醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯烷基胺和聚氧乙烯酰胺的一种或几种组合。
8.根据权利要求1所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述悬浮稳定剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、水溶性生物多糖、海藻酸钠、聚丙烯酸钠和聚酰胺中的一种或多种混合。
9.一种单离子导体聚合物电解质隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种包括上述权利要求1-8任一所述的单离子导体聚合物电解质隔膜的二次电池，所述二次电池具体为液态离子电池、半固态离子电池、固态锂离子电池及金属锂电池中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述隔膜包含基膜和涂布于所述基膜之上的涂覆浆料，所述涂覆浆料按照份数比包括：1-70份的组合物和30-99份的去离子水；所述组合物包括水溶性分散剂0.01wt％-2wt％，水溶性粘结剂0.01wt％-5wt％，表面活性剂0.01wt％-2wt％，悬浮稳定剂0.01wt％-2wt％，单离子导体聚合物电解质89wt％-99.6wt％。
2.根据权利要求1所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基膜和涂布于所述基膜一侧或两侧及渗透至基膜中的涂覆浆料构成的单离子导体聚合物电解质层，所述基膜厚度为1μm-50μm，所述单离子导体聚合物电解质层厚度为0.1μm-10μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述基膜包括聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚酰亚胺静电纺丝隔膜、聚乙烯-聚丙烯双层复合膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜、无纺布膜、纤维膜、陶瓷涂布隔膜、快离子导体涂覆隔膜、pvdf涂胶隔膜中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种单离子导体聚合物电解质隔膜，其特征在于，所述单离子导体聚合物电解质的主链为包括但不限于聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚乙二醇、藻蛋白酸钠、明胶、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季铵盐和羧甲基纤维素中的一种或多种；侧链为阴离子基团...
【专利技术属性】
技术研发人员：王思彦，王方，潘燕群，苏敏，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，
类型：发明
国别省市：
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