一種抑制電解液分解的鋰離子電池隔膜及制備方法與流程

本發明屬于鋰離子電池隔膜領域，具體涉及一種抑制電解液分解的鋰離子電池隔膜及制備方法。

背景技術：

可充電鋰離子電池由于循環壽命長、環境污染小、無記憶效應，以及充放電容量高、安全性能好等優點，引起國內外科研人員的廣泛關注和研究，近年來已成為新型電源技術研究的熱點。鋰離子電池主要由正負極、隔膜和電解液組成。其中，隔膜的作用顯得尤為重要，不僅能夠隔離正負極防止短路，同時為鋰離子提供通道。性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

在鋰離子電池系統中，電解液是在電池正、負極之間起傳導作用的離子導體，電池的安全性、循環性能等也與電解液的性質息息相關。但是，目前常用的有機電解液為LiPF₆電解液體系，該電解液熱穩定性差，在電池工作過程中容易分解產生LiF和PF₅，不僅消耗了鋰離子，導致電池容量衰減，同時PF₅容易與電解液中的碳酸酯進一步發生副反應加速縮減電池壽命其反應機理如下：

LiPF₆→LiF+PF₅ (1)

PF₅+H₂O→POF₃+2HF (2)

在電池系統中電解液與隔膜密不可分，隔膜的組成在一定程度上會對電解液的分解具有影響。因此，對隔膜進行改性使其在一定程度上抑制電解液的分解無疑對改善電池性能、延長使用壽命具有重大意義。

Ji-Hyun Yoo等人在PE隔膜表面接枝乙烯基化的二氧化硅制備復合隔膜，二氧化硅可與電解液中的HF發生親核替代反應形成Si-F鍵從而消耗掉部分HF，且在高溫下有效抑制電解液分解。

Won-Kyung Shin等研究人員在PE隔膜表面涂覆氟化鋁納米顆粒，結果發現改性后隔膜組裝的電池在循環100次后電解液分解產物顯著下降。

采用氧化鋁、二氧化硅等無機納米粒子進行涂覆改性雖對電解液分解有不同程度的抑制作用，但直接涂覆的納米粒子不能與基體材料形成一個有機的整體，且涂層會對隔膜厚度增加、孔隙部分堵塞，影響鋰離子的遷移；同時涂覆不勻率較高，會引起電池工作過程中無機納米粒子的部分脫落，造成電流分布不勻、容量衰減，影響電池性能。因此既能抑制電解液分解，又能確保電池性能的穩定是鋰離子電池隔膜亟需解決的一個問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復合隔膜。借助氟化鋁納米粒子的路易斯酸性抑制電解液分解反應的正向進行，制備具有抑制電解液分解的復合隔膜，提高電池循環性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的隔膜材料以靜電紡聚偏氟乙烯為基底膜，具有機械強度高、吸液率高的特點；同時在基底膜的兩面利用磁控沉積技術濺射氟化鋁陶瓷材料來提高隔膜的循環性能及抑制電解液分解。

進一步限定，所述基體材料的厚度為50μm左右；孔隙率為70-80％。

進一步限定，所述濺射氟化鋁使用的是射頻源，功率35W，壓強0.6-1.0Pa。

進一步限定，沉積層為1-5μm。。

上述鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復合隔膜的制備方法，包括以下步驟：

1)稱取3.5g聚偏氟乙烯粉末溶于體積比為7:3的二甲基甲酰胺及丙酮的混合溶液中，制成總質量為25g的紡絲液；將紡絲液置于自制靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，制備PVDF納米纖維膜作為基體材料；

2)固定氟化鋁靶材及聚偏氟乙烯基體材料，抽真空以達到本底真空度(8.0×10^-4Pa)，然后進行磁控濺射

3)將復合隔膜置于真空干燥箱中60℃干燥6h，熱壓處理10min；

4)使用手動沖片機將復合隔膜壓成直徑為18mm的隔膜，得到鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復合隔膜。

附圖說明

圖1為本發明對比例靜電紡PVDF納米纖維膜掃描電鏡圖；

圖2為本發明實施例1磁控沉積氟化鋁顆粒復合隔膜掃描電鏡圖；

圖3為實施例1磁控沉積氟化鋁顆粒復合隔膜結構示意圖。

具體實施方式

實施例1：

一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復合隔膜，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜和濺射于基膜雙側的氟化鋁納米陶瓷顆粒，固定好氟化鋁靶材，采用聚偏氟乙烯納米纖維膜為基材，樣品制備過程中真空室氣氛為高純氬，本底真空度8.0×10^-4Pa，濺射氣壓0.6Pa。基片溫度控制在室溫，射頻濺射功率均控制為35W，樣品沉積時間20min。

實施例2：

一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復合隔膜，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜和濺射于基膜雙側的氟化鋁納米陶瓷顆粒，固定好氟化鋁靶材，采用聚偏氟乙烯納米纖維膜為基材，樣品制備過程中真空室氣氛為高純氬，本底真空度8.0×10^-4Pa，濺射氣壓0.8Pa。基片溫度控制在室溫，射頻濺射功率均控制為35W，樣品沉積時間20min。

實施例3：

一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復合隔膜，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜和濺射于基膜雙側的氟化鋁納米陶瓷顆粒，固定好氟化鋁靶材，采用聚偏氟乙烯納米纖維膜為基材，樣品制備過程中真空室氣氛為高純氬，本底真空度8.0×10^-4Pa，濺射氣壓1.0Pa。基片溫度控制在室溫，射頻濺射功率均控制為35W，樣品沉積時間20min。

對比例：

稱取3.5g聚偏氟乙烯粉末溶于體積比為7:3的二甲基甲酰胺及丙酮的混合溶液中，制成總質量為25g的紡絲液；將紡絲液置于自制靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，紡絲參數為：電壓15kv，推進速度1ml/h，紡絲距離15cm。

本發明具有以下有益效果：(1)復合隔膜孔隙率高，電解液吸液率高；(2)提高了隔膜的耐熱性能；(3)對電池工作過程中電解液的分解起到一定的抑制作用；(4)提高了鋰離子電池的循環性能；(5)磁控濺射技術操作方便，對隔膜本身的特性影響較小，可大規模生產。

對所公開的實施例的上述說明，僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明。