本發明屬于鋰離子電池隔膜領域,具體涉及一種具有熱斷功能的鋰離子電池復合隔膜及制備方法
背景技術:
隨著電子設備的小型化和電動汽車的普及,具有高功率、高能量密度、低能量損失、環境友好、安全型鋰離子電池的開發越來越得到重視。一般而言,鋰離子電池由正極、負極、隔膜和電解液組成。其中,具有多孔結構的隔膜的作用是將正極和負極隔開,并為鋰離子提供通道。目前,商業化的鋰離子電池中大多數采用的是聚烯烴類隔膜材料,如聚乙烯、聚丙烯,它們具有較好的機械強度和化學穩定性,但是由于隔膜原材料自身熔點溫度較低,在較高溫度下產生大的熱收縮,從而造成電池短路。因此,聚烯烴類隔膜在電池內部溫度較高或者過度充電的情況下短路,導致著火或者爆炸,勢必造成安全事故。
提高鋰離子電池安全性的方法有很多,如使用電解液添加劑、室溫離子液體、復合電極、新型隔膜等。相對于其他方法,隔膜改性操作簡單。Celgard公司生產的PP/PE/PP三層隔膜中PP作為電池隔膜的耐熱層,當溫度升高時,阻止隔膜收縮,PE則起到熔斷保險絲的作用,為電池提供了更好的安全保護,但是熱斷溫度較低。
目前,普遍采用隔膜表面涂布處理,如CNIO4269508A公開了一種鋰離子電池復合陶瓷隔膜,專利采用陶瓷顆粒和固體電解質粉末混合形成的涂料涂覆在基膜兩側,形成復合陶瓷層,一方面提高了隔膜的機械性能、耐高溫收縮性能,進而提高了鋰離子電池的高溫穩定性和安全性;另一方面提高了隔膜的吸液率和潤濕性。然而涂布技術主要采用陶瓷顆粒,其硬度高,對機械設備的磨損大,且涂層厚度均勻性難以控制,而且陶瓷顆粒和聚合物粘合劑與多孔基膜之間的粘結強度低,很容易從基膜上剝離,增大電池電阻,進而使電池性能劣化,因此需要開發新的復合隔膜來對隔膜進行完善。
技術實現要素:
本發明的目的是利用磁控沉積技術將Al2O3和SiO2納米陶瓷顆粒覆蓋在聚乙烯隔膜上,得到具有熱關閉功能的耐高溫復合隔膜。
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聚乙烯為基底膜,具有閉孔溫度低的特點;同時在基底膜的雙面濺射SiO2、Al2O3陶瓷材料來提高隔膜的吸熱能力。
進一步地,所述濺射SiO2使用的是射頻源,濺射Al2O3使用的是直流源。
進一步地,所述沉積SiO2使用的功率為40W,沉積Al2O3使用的功率為30W。
進一步地,所述磁控沉積條件為本底真空度8.9×10-4,濺射氣壓0.8Pa。
上述鋰離子電池復合隔膜的制備方法,包括以下步驟:
1)將兩種靶材(硅靶和鋁靶)以及聚乙烯商業隔膜放入磁控濺射真空室內,抽真空以達到本底真空度,然后進行磁控濺射;
2)將濺射完后的復合隔膜真空干燥;
3)使用手動沖片機將復合隔膜壓成隔膜,得到鋰離子電池復合隔膜。
附圖說明
圖1為實例1中Al3O2/SiO2/PE復合隔膜結構示意圖;
圖2為本發明對比例PE隔膜在130℃處理0.5h后的掃描電鏡圖;
圖3為本發明實施例1中Al3O2/SiO2/PE復合隔膜在130℃處理0.5h后的掃描電鏡圖;
具體實施方式
實施例1:
一種具有熱斷功能的鋰離子電池復合隔膜,包括聚乙烯商業隔膜和濺射于基膜雙側的SiO2和Al2O3納米陶瓷顆粒。將對應的射頻源和直流源的硅靶和鋁靶安裝好,采用聚乙烯商業隔膜為基材,樣品制備過程中真空室氣氛為高純氬和高純氧,氬氧比為7:1,本底真空度8.9×10-4Pa,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40W,直流濺射功率控制為30W,樣品沉積時間30min。
實施例2:
一種具有熱斷功能的鋰離子電池復合隔膜,包括聚乙烯商業隔膜和濺射于基膜雙側的SiO2和Al2O3納米陶瓷顆粒。將對應的射頻源和直流源的硅靶和鋁靶安裝好,采用聚乙烯商業隔膜為基材,樣品制備過程中真空室氣氛為高純氬和高純氧,氬氧比為7:1,本底真空度8.9×10-4Pa,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40W,直流濺射功率控制為30W,樣品沉積時間40min。
實施例3:
一種具有熱斷功能的鋰離子電池復合隔膜,包括聚乙烯商業隔膜和濺射于基膜雙側的SiO2和Al2O3納米陶瓷顆粒。將對應的射頻源和直流源的硅靶和鋁靶安裝好,采用聚乙烯商業隔膜為基材,樣品制備過程中真空室氣氛為高純氬和高純氧,氬氧比為7:1,本底真空度8.9×10-4Pa,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40W,直流濺射功率控制為30W,樣品沉積時間50min。
由于本發明的復合隔膜首創性采用雙面濺射沉積法制備陶瓷復合隔膜,兼有兩種陶瓷材料的優點,適用于-20~140℃的高低溫環境,在保液性、安全性方面具有杰出的表現,而且制造成本適中,具有很大的市場價值。
最后應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已,并不用于限制本發明,盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明,對于本領域的技術人員來說,其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。