本發(fā)明屬于鋰離子電池隔膜領(lǐng)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(shù)：

可充電鋰離子電池由于循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小、無(wú)記憶效應(yīng)，以及充放電容量高、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，引起國(guó)內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注和研究，近年來(lái)已成為新型電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)。鋰離子電池主要由正負(fù)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(fù)極防止短路，同時(shí)為鋰離子提供通道。性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。

在鋰離子電池系統(tǒng)中，電解液是在電池正、負(fù)極之間起傳導(dǎo)作用的離子導(dǎo)體，電池的安全性、循環(huán)性能等也與電解液的性質(zhì)息息相關(guān)。但是，目前常用的有機(jī)電解液為L(zhǎng)iPF₆電解液體系，該電解液熱穩(wěn)定性差，在電池工作過(guò)程中容易分解產(chǎn)生LiF和PF₅，不僅消耗了鋰離子，導(dǎo)致電池容量衰減，同時(shí)PF₅容易與電解液中的碳酸酯進(jìn)一步發(fā)生副反應(yīng)加速縮減電池壽命其反應(yīng)機(jī)理如下：

LiPF₆→LiF+PF₅ (1)

PF₅+H₂O→POF₃+2HF (2)

在電池系統(tǒng)中電解液與隔膜密不可分，隔膜的組成在一定程度上會(huì)對(duì)電解液的分解具有影響。因此，對(duì)隔膜進(jìn)行改性使其在一定程度上抑制電解液的分解無(wú)疑對(duì)改善電池性能、延長(zhǎng)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(fù)合隔膜，二氧化硅可與電解液中的HF發(fā)生親核替代反應(yīng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)改性后隔膜組裝的電池在循環(huán)100次后電解液分解產(chǎn)物顯著下降。

采用氧化鋁、二氧化硅等無(wú)機(jī)納米粒子進(jìn)行涂覆改性雖對(duì)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(gè)有機(jī)的整體，且涂層會(huì)對(duì)隔膜厚度增加、孔隙部分堵塞，影響鋰離子的遷移；同時(shí)涂覆不勻率較高，會(huì)引起電池工作過(guò)程中無(wú)機(jī)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(wěn)定是鋰離子電池隔膜亟需解決的一個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復(fù)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(yīng)的正向進(jìn)行，制備具有抑制電解液分解的復(fù)合隔膜，提高電池循環(huán)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的隔膜材料以靜電紡聚偏氟乙烯為基底膜，具有機(jī)械強(qiáng)度高、吸液率高的特點(diǎn)；同時(shí)在基底膜的兩面利用磁控沉積技術(shù)濺射氟化鋁陶瓷材料來(lái)提高隔膜的循環(huán)性能及抑制電解液分解。

進(jìn)一步限定，所述基體材料的厚度為50μm左右；孔隙率為70-80％。

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

進(jìn)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(fù)合隔膜的制備方法，包括以下步驟：

1)稱(chēng)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(zhì)量為25g的紡絲液；將紡絲液置于自制靜電紡絲機(jī)的注射器中進(jìn)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(dá)到本底真空度(8.0×10^-4Pa)，然后進(jìn)行磁控濺射

3)將復(fù)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(dòng)沖片機(jī)將復(fù)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(fù)合隔膜。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明對(duì)比例靜電紡PVDF納米纖維膜掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1磁控沉積氟化鋁顆粒復(fù)合隔膜掃描電鏡圖；

圖3為實(shí)施例1磁控沉積氟化鋁顆粒復(fù)合隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜和濺射于基膜雙側(cè)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(guò)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?；瑴囟瓤刂圃谑覝?，射頻濺射功率均控制為35W，樣品沉積時(shí)間20min。

實(shí)施例2：

一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜和濺射于基膜雙側(cè)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(guò)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(shí)間20min。

實(shí)施例3：

一種鋰離子電池用氟化鋁-聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜和濺射于基膜雙側(cè)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(guò)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(shí)間20min。

對(duì)比例：

稱(chēng)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(zhì)量為25g的紡絲液；將紡絲液置于自制靜電紡絲機(jī)的注射器中進(jìn)行靜電紡絲，紡絲參數(shù)為：電壓15kv，推進(jìn)速度1ml/h，紡絲距離15cm。

本發(fā)明具有以下有益效果：(1)復(fù)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(duì)電池工作過(guò)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(huán)性能；(5)磁控濺射技術(shù)操作方便，對(duì)隔膜本身的特性影響較小，可大規(guī)模生產(chǎn)。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。