制備二次電池用有機-無機復合隔膜的方法技術

本發明專利技術公開了一種制備二次電池用有機-無機陶瓷復合隔膜的方法。其特征在于所述方法包括以下步驟：（1）將多孔性有機隔膜通過第一種可溶性鹽水溶液浴；（2）然后再將隔膜通過第二種可溶性鹽水溶液浴；（3）接著將隔膜通過去離子水浴；（4）干燥后得到二次電池用有機-無機陶瓷復合隔膜。其中所述第一種可溶性鹽和第二種可溶性鹽能產生化學反應，并生成無機沉淀物沉積在多孔性有機隔膜表面。該方法提高鋰離子電池隔膜的離子電導率，熱穩定性和保證電池的安全性，提高鋰離子電池的倍率性能，具有原材料和工藝成本低，方法操作簡單，對環境無害，便于產業化的優點。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及二次電池領域，特別是涉及一種鋰離子電池的有機-無機復合隔膜及其制備方法。
技術介紹
鋰離子電池自1990由日本Sony公司開發商業化以來將近有20多年的歷史。由于其具有更高的體積比能量、重量比能量和良好的環保性，正逐步取代傳統的鉛酸電池、鎳鎘和鎳氫電池，而廣泛使用于手機、筆記本電腦等便攜式3C電子設備中，迅速占領了很大的市場并迅猛發展。隨著近年來對電子產品要求更小，更輕，更薄的需求越來越強烈。此外，鋰離子電池用于電動工具和電動自行車以及混動，電動汽車的開發是一個近年來各國投資力度非常大的產業，該領域的開發成功可以緩解日益緊張的石油資源，因此有著很高的國 際經濟戰略意義。這些化學電源產品除了包括追求更低的價格之外，追求更高的能量密度和安全性成為改進電子產品的強有力的驅動力，鋰離子電池主要由正負極片，隔膜，電解液以及電池外殼組成。其中，隔膜是重要組成部分之一，起著防止正負極片發生短路和提供鋰離子傳輸通道的作用，其性能決定了鋰離子電池的界面結構和內阻，并直接影響了鋰離子電池的電化學性能與安全性能。至今商品化的鋰離子電池隔膜材料以聚烯烴占主導地位，商業化產品以Celgard, Asahi1Tonen,星源等為代表。這些隔膜通常與傳統電解液有較為良好的浸潤性，然而由于其相對較低的熱變形和/或熔融溫度(125 150° C左右)造成了它們對鋰離子電池的安全性不是很理想，因而限制了相應的電池在運輸動力領域中的應用。在此背景下人們通過各種手段開發新型隔膜或對現有隔膜進行熱穩定性和安全性的改進。現有的技術手段除了個別使用施加外部高能量源(如等離子體或電子束輻射，紅外，紫外輻射，空氣對流熱傳遞(CN101626095A))對聚烯烴基體進行熱穩定性改良之外，其中通常使用的方法是制備有機-無機復合膜。文獻Journal of Power Sources 195 (2010) 8302 - 8305 采用浸潰涂布的方式在將含有三氧化二鋁粒子的聚偏氟乙烯一六氟丙烯共聚物溶液薄層涂布在聚甲基丙烯酸甲脂薄膜的兩面制備了三層無機/有機/無機復合膜。由該隔膜制備的鈷酸鋰(LiCo02)/中間相炭微球(MCMB)電池較商品化的聚乙烯隔膜在倍率性能上有所提高。然而隔膜制備過程相對復雜，其中又耗費了大量對環境有害的有機溶劑如丙酮，二甲苯等。文獻Journal of Power sources 196 (2011) 8125-8128采用了有機溶液澆鑄成膜的方法在碳負極上依序涂上聚丙烯腈/二氧化硅和多孔性聚偏氟乙烯薄膜。由此制備的鎳鈷錳333三元/石墨電池較通常的聚丙烯隔膜提高了電池的倍率性能以及熱穩定性。很明顯，這種制備過程也同樣有過程繁瑣，有機溶劑(二甲基甲酰胺，丙酮)對環境造成危害性的弊病。美國專利US6562511制備的多層聚偏氟乙烯/ 二氧化硅復合隔膜也是采用溶液澆鑄成膜的方法，隔膜各層材料的本質是一樣的，區別只是無機，有機成分多少的差異。美國專利US2010/0009265A1采用Asahi通常使用的濕法技術制備了聚乙烯/ 二氧化硅單層隔膜。經表面活性劑處理的納米二氧化硅被加入到高密度聚乙烯和液體石蠟的混合物中。雖然上述這些措施可以對隔膜的性能有所改善，但是這些方法的工藝過程比較復雜，而且大多采用有機溶劑體系加工，不僅大大增加電池的制造成本，而且給環境帶來危害。另外使用涂布的工藝方式容易造成部分閉孔導致孔隙率降低，因此無法滿足鋰離子電池的大規模產業化要求。本專利技術因此而來。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于制備二次電池用有機-無機陶瓷復合隔膜的方法。該方法在現有多孔性有機隔膜的基礎上采用價格低廉的無機原材料以化學反應液相沉積的方式嵌入納米無機陶瓷粒子。經上述方法制備的隔膜浸泡在電解液中明顯提高了離子電導率，熱穩定性和安全性。此外，本專利技術的另一目的是提供由所述方法生產的納米陶瓷隔 膜，由此制造的隔膜可用于制造電池。為了解決現有技術中的這些問題，本專利技術提供的技術方案是一種用于制備二次電池用有機-無機陶瓷復合隔膜的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(I)將多孔性有機隔膜通過第一種可溶性鹽水溶液浴；(2)然后再將隔膜通過第二種可溶性鹽水溶液浴；(3)接著將隔膜通過去離子水浴；(4)干燥隔膜。其中所述第一種可溶性鹽和第二種可溶性鹽能產生化學反應，并生成無機沉淀沉積在多孔性有機隔膜表面。優選的，所述方法中多孔性有機隔膜選自聚烯烴隔膜。優選的，所述方法中隔膜通過的第一種可溶性水溶液或第二種可溶性鹽水溶液的濃度在O. 2 3. OM之間。優選的，所述方法步驟(I)或步驟(2)中隔膜通過鹽水溶液浴的時間控制在O. I小時 48小時。優選的，所述方法步驟(3)中清洗采用的試劑為去離子水，清洗次數控制在廣5次。優選的，所述方法步驟(I)或步驟(2)中操作是在常溫或升溫的帶有攪拌裝置的鹽水溶液中進行；在升溫條件下，溶液是以回流的方式下進行操作。優選的，所述方法步驟(4)干燥是在空氣中溫度控制在25° (Tl00° C的范圍內進行的。本專利技術的另一目的在于提供一種制備二次電池用有機-無機陶瓷復合隔膜，其特征在于所述方法包括以下步驟( I)將多孔性有機隔膜通過第一種可溶性鹽水溶液浴；(2)然后再將隔膜通過第二種可溶性鹽水溶液浴；(3)接著將隔膜通過去離子水浴；(4)干燥隔膜。其中所述第一種可溶性鹽和第二種可溶性鹽能產生化學反應，并生成無機沉淀沉積在多孔性有機隔膜表面。本專利技術的又一目的在于提供一種二次電池，包括(I)陽極;(2)電解液；(3)陰極；(4)隔膜，其中隔膜是一種由權利要求9所述的工藝形成的陶瓷隔膜。 本專利技術的實施方式旨在提供一種新型的制備有機-無機復合膜的方法。該方法避免了使用大量的有機溶劑。如下文所述，用該方法制備的復合隔膜用于二次化學電池，尤其是鋰離子電池，可提高其在電解液中的離子電導率，電池的熱穩定性和安全性，具有方法簡單，成本低，對環境危害小，便于產業化的優點。本專利技術的原理是基于一類可以生成沉淀的水溶液反應。生成的沉淀可以以液相沉積的方式自發地沉積吸附在多孔性有機隔膜上。在本專利技術的各種實施方式中，用于制備有機-無機復合隔膜的工藝包括以下步驟( I)將多孔性有機隔膜通過第一種可溶性鹽水溶液浴；(2)然后再將隔膜通過第二種可溶性鹽水溶液浴；(3)接著將隔膜通過去離子水浴；(4)干燥隔膜。在本專利技術的各種實施方式中，提供一種用于制備有機-無機復合隔膜的簡單，安全，低成本的工藝。其中，上述所用多孔性隔膜可以是任何現有的商品化聚烯烴隔膜，也可以是任何自制的其他多孔性有機隔膜。在本專利技術的各種實施方式中，第一種可溶性鹽和第二種可溶性鹽包括任何可以反應生成無機沉淀物的兩種物質(或者是多種物質)，也就是說二者的選擇具有關聯性，包括任何兩種或多種可以互相進行化學反應生成無機沉淀物的物質。在本專利技術的各種實施方式中，第一種可溶性鹽或第二種可溶性鹽的濃度范圍在O.2Μ 3Μ之間。在本專利技術的各種實施方式中，通過的第一種或第二種鹽水溶液浴操作可以是在常溫或升溫的帶有攪拌裝置的水溶液中進行，在升溫條件下，溶液以回流的方式進行操作，這樣可以避免水分的損失。在本專利技術的各種實施方式中，浸泡的時間下限為O. I小時，上限為48小時。在本專利技術的各種實施方式中，水洗以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制備二次電池用有機？無機復合陶瓷隔膜的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：（1）將多孔性有機隔膜通過第一種可溶性鹽水溶液浴；（2）然后再將隔膜通過第二種可溶性鹽水溶液浴；（3）接著將隔膜通過去離子水浴；（4）干燥隔膜。其中所述第一種可溶性鹽和第二種可溶性鹽能產生化學反應，并生成無機沉淀物沉積在多孔性有機隔膜表面。

【技術特征摘要】
1.一種用于制備二次電池用有機-無機復合陶瓷隔膜的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)將多孔性有機隔膜通過第一種可溶性鹽水溶液浴； (2)然后再將隔膜通過第二種可溶性鹽水溶液浴； (3)接著將隔膜通過去離子水浴； (4)干燥隔膜。其中所述第一種可溶性鹽和第二種可溶性鹽能產生化學反應，并生成無機沉淀物沉積在多孔性有機隔膜表面。2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中多孔性有機隔膜選自聚烯烴隔膜。3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中隔膜通過的第一種可溶性鹽水溶液或第二種可溶性鹽水溶液的濃度在O. 2^3. OM之間。4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步驟(I)或步驟(2)中隔膜通過鹽水溶液浴的時間控制在O. I小時 48小時。5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中清洗使用的試劑為去離子水，清洗次數控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫喜梅，黃碧英，
申請(專利權)人：龍能科技蘇州有限公司，
類型：發明
國別省市：