一種覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜及其制備方法技術

一種覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜及其制備方法。將氨水、水、乙醇和吐溫80混合均勻后，再向其中加入正硅酸乙酯，攪拌均勻，加入聚烯烴類隔膜，浸泡一段時間后，取出洗凈、烘干，即制得產品。本發明專利技術所述方法，工藝簡便、對環境無污染或少污染、能耗低、適用范圍廣，且制得的改性隔膜在應用于鋰硫電池時，性能優異。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜及其制備方法。
技術介紹
隔膜作為鋰離子電池的關鍵安全部件，具有豐富的孔道結構，其作用是阻斷正負極接觸，傳輸鋰離子。目前，鋰離子電池商品化隔膜多為PP、PE、PP/PE/PP材料，但其缺點是聚烯烴材料的電解液保液性差，不利于提高電池的大功率放電性能。另外，聚烯烴材料的耐熱性較差，PE隔膜的閉孔溫度為135℃左右，高于這一溫度后隔膜孔道閉合，鋰離子不能通行，電池不能對外放電；PP隔膜耐熱性稍好，但溫度超過165℃時，PP隔膜收縮，電池正負極接觸劇烈放電，電池存在安全隱患。因此，熱性能相對較差，也是隔膜存在的問題之一。針對上述兩點，對隔膜的改性主要有以下兩種方式：1.利用PVDF或者PVDF-HFP的粘性，將二氧化硅等無機顆粒涂覆至隔膜表面，從而改善隔膜性能。但該法制備的改性隔膜，其涂層易脫落，循環使用壽命較短。2.先通過等離子體、電子束等處理隔膜，以在其表面形成活性位點，從而利于接枝二氧化硅。但該方法操作復雜，成本高昂。相同
的現有技術文獻可參考如下：I.DongFu,BenLuan,SteveArgue,MartinN.Bureau,IsobelJ.Davidson,NanoSiO2particleformationanddepositiononpolypropyleneseparatorsforlithium-ionbatteries,J.PowerSources,2012,206,325-333.II.ZhuyiWang,FanglingGuo,ChengChen,LiyiShi,ShuaiYuan,LiningSun,andJiefangZhu,Self-AssemblyofPEI/SiO2onPolyethyleneSeparatorsforLi-IonBatterieswithEnhancedRateCapability,2015,7,3314-3322.III.XiaomingZhu,XiaoyuJiang,XinpingAi,HanxiYang,YuliangCao,AHighlyThermostableCeramic-GraftedMicroporousPolyethyleneSeparatorforSaferLithium-IonBatteries,2015,7,24119-24126.
技術實現思路
為克服上述方法的缺陷，本專利技術提供了一種對商業隔膜的改性方法，首先配制正硅酸乙酯、氨水、水、乙醇和吐溫80的混合溶液，再將隔膜浸入至該溶液中1小時以上，取出用蒸餾水和乙醇洗凈，50～80℃下烘干即可。未經處理的隔膜標記為：PP，覆二氧化硅層的隔膜標記為：PP-SiO2。本專利技術所述方法，工藝簡便、對環境無污染或少污染、能耗低、適用范圍廣，且制得的改性隔膜熱收縮性和對電解液的潤濕性得到明顯改善。本專利技術所述方法中對商業隔膜無特殊要求，只要能應用于鋰離子電池，包括：PP、PE、PP/PE/PP三種聚烯烴隔膜。本專利技術所述方法中正硅酸乙酯，能在氨水催化下水解生成二氧化硅。本專利技術所述方法中的吐溫80因為是表面活性劑，能將上述生成的二氧化硅固定在隔膜表面，而且吐溫80的添加順序可以在隔膜浸入溶液前，也可以在之后。此外吐溫80還可替換為吐溫的其他系列、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和曲拉通100，效果一致。研究發現，正硅酸乙酯的添加量會影響在隔膜上形成的二氧化硅的量，當隔膜上的二氧化硅太少時，隔膜親水性改善不明顯，太多則會堵塞孔道，影響鋰離子的正常傳輸。當水、乙醇、氨水的加入量分別為3mL、40mL和2mL時，吐溫80的加入量為0.5～2g，正硅酸乙酯的加入量為0.5～1.5g。測試發現，改性聚烯烴類隔膜在150℃下的熱收縮性能明顯提高，對電解液的潤濕性也大幅提高。將制備的改性聚烯烴類隔膜應用于鋰硫電池，發現應用PP-SiO2隔膜的電池倍率性能和循環性能均得到明顯提高。附圖說明圖1為隔膜PP和PP-SiO2的掃描電鏡圖。圖2為隔膜PP和PP-SiO2在150℃下的熱收縮性能對比圖。圖3為20uL電解液在隔膜PP和PP-SiO2上的鋪展圖。圖4為隔膜PP和PP-SiO2應用于鋰硫電池時的倍率曲線圖。圖5為隔膜PP和PP-SiO2應用于鋰硫電池時的的循環性能圖。具體實施方式(1)將3mL水、40mL乙醇、2mL氨水、1g吐溫80加入燒杯中，攪拌均勻，再加入1mL正硅酸乙酯攪拌均勻。(2)將PP隔膜浸泡入上述(1)的混合溶液中，浸泡2小時。(3)將浸泡后的PP隔膜用水和乙醇分別沖洗數次。(4)將洗后的PP隔膜在60℃下烘干。(5)采用本專利技術所述條件制備的覆二氧化硅層的PP隔膜，測得其在150℃下的熱收縮性能(參見附圖2)和對電解液的潤濕性能得到大幅提高(參見附圖3)。(6)將該隔膜裝配入鋰硫電池，在1.7-2.8V電壓區間內，測試得到該材料有優異的倍率性能(參見附圖4)。在0.2C下該隔膜的電池首次放電容量為937mAhg-1，200次充放電循環后容量保持率為64％，遠高于普通PP隔膜(參見附圖5)。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜，其特征在于：二氧化硅層是正硅酸乙酯水解時，在吐溫80的作用下修飾在聚烯烴類隔膜表面。

【技術特征摘要】
1.一種覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜，其特征在于：二氧化硅層是正硅酸乙酯水解時，在吐溫80的作用下修飾在聚烯烴類隔膜表面。2.一種鋰硫電池，包括正極、負極、電解液和隔膜，其特征在于：隔膜采用權利要求1所述的覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜。3.一種權利要求1所述的覆二氧化硅層的改性聚烯烴類隔膜的制備方法，該方法步驟為：配制水、乙醇、氨水、正硅酸乙酯和吐溫80的混合溶液，將隔膜浸泡于該溶液1小時以上，之后取出洗凈烘干。4.按照權利要求3所述的制備方法，其特征在于：聚烯烴類隔膜為：PP、PE、PP/PE/PP。5.按照權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王子冠，劉長樹，張德峰，宗軍，鄭罡，黃玉代，李靜，
申請(專利權)人：潔能電投北京新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11