本發(fā)明涉及一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
綠色高能電源鋰離子電池因其較高的工作電壓、較長的循環(huán)壽命、較低的自放電效應(yīng)而受到原來越多的關(guān)注。鋰離子電池主要由四部分組成：正極、負極、隔膜和電解液。隔膜作為正負電極間的一層多孔薄膜，它阻斷電池內(nèi)的電子通過，但允許鋰離子通過。尤為重要的是，電池的內(nèi)阻和界面結(jié)構(gòu)與隔膜性能的優(yōu)劣息息相關(guān)，從而能直接影響電池的循環(huán)、倍率性能以及安全性能。
目前，聚烯烴隔膜是鋰離子電池隔膜的主導材料，這類隔膜的優(yōu)點是：價格低廉、力學性能優(yōu)異以及化學性能較穩(wěn)定，但同時也存在缺陷：潤濕性差、對電解液的親液性差、持液率低等等，而這也直接影響隔膜的電導率、和鋰離子遷移數(shù)等電化學性能。
為進一步提高鋰離子電池隔膜的電化學性能，進而提高電池的性能，需對隔膜進行改性。目前，傳統(tǒng)的陶瓷涂層的厚度往往較厚，由于涂布液中粒子粒徑較大使得涂層不易滲入隔膜孔道，雖能提高隔膜的熱穩(wěn)定性，但是，涂布液中粒子粒徑較大導致鋰離子隔膜的堵孔現(xiàn)象嚴重，從而使電池的電導率和鋰離子遷移數(shù)下降。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，本發(fā)明的目的是提供了一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，該方法對鋰離子電池隔膜的表面和孔道進行修飾，修飾后能提高離子穿過隔膜的速率，提高隔膜離子電導率和鋰離子遷移數(shù)，改善電池循環(huán)性能。
為達到上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，其特征是：將鋰離子電池隔膜等離子體處理，然后將水性無機材料納米溶膠涂布在鋰離子電池隔膜的表面和三維孔道內(nèi)表面，使其具有高離子電導率和鋰離子遷移數(shù)，其步驟如下：
(1).將水性粘結(jié)劑和添加劑溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性粘結(jié)劑混合溶液；
(2).將一定固含量的無機材料納米溶膠加入到步驟(1)得到的粘結(jié)劑混合溶液中，繼續(xù)攪拌2h，靜置1h，得到水性納米涂層涂料，其中，所述的水性納米涂層涂料中各組分及其重量百分比含量為：粘結(jié)劑，0.5-6%；添加劑，0.2-4%；無機材料納米溶膠，15-30%；去離子水，60-80%；
(3).采用傳統(tǒng)的浸涂法，將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內(nèi)進行處理，處理功率為80w，以流量為20ml/min速度通入co2氣體，處理60s，然后將步驟(2)得到的水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池膜的表面和三維孔道內(nèi)表面，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min，再轉(zhuǎn)移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被納米無機涂層修飾的鋰離子電池隔膜。
所述鋰離子電池隔膜為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯復合隔膜等中的至少一種。
所述水性粘結(jié)劑為聚氨酯、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯醇中的至少一種。
所述納米涂層的厚度為30-70nm。
所述添加劑為聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物p123、聚酰亞胺、聚烯丙基胺pah中的至少一種。
所述無機材料納米溶膠為氧化鋯納米溶膠、氧化鈦納米溶膠、氧化硅納米溶膠和氧化鋁納米溶膠中的至少一種；
所述無機材料納米溶膠的粒徑為5-20nm。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著進步：
該方法構(gòu)成的鋰離子電池隔膜納米涂層能夠在不增加隔膜厚度的前提下對隔膜表面和孔道進行修飾；經(jīng)納米涂層修飾后，能提高鋰離子穿過隔膜的速率，從而提高隔膜的離子電導率和鋰離子遷移數(shù)進而提高電池循環(huán)性能；該方法采用去離子水作為溶劑，相對于傳統(tǒng)的有機溶劑具有安全、環(huán)保的特點。
附圖說明
圖1為經(jīng)納米涂層氧化鋯修飾后隔膜的場發(fā)射電子掃描電鏡圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1
一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，其步驟如下：
(1).將1.0g的水性聚氨酯和0.2g的聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物p123溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性聚氨酯混合溶液；
(2).將15.0g固含量為30%的水性氧化鋯加入到步驟(1)得到的水性聚氨酯混溶液中，繼續(xù)攪拌2h，靜置1h，得到水性納米涂層涂料，其中，所述的水性納米涂層涂料中各組分及其重量百分比含量為：聚氨酯，5.5%；聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物p123，1.1%；氧化鋯納米溶膠，23%；去離子水70.4%；
(3).采用傳統(tǒng)的浸涂法，先將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內(nèi)進行處理，處理功率為80w、以流量為20ml/min速度通入co2氣體，處理60s，然后將步驟(2)得到的水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池隔膜表面和三維孔道內(nèi)表面，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min，再轉(zhuǎn)移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被納米氧化鋯涂層修飾的鋰離子電池隔膜，如圖1所示。
實施例2
一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，其步驟如下：
(1).將1.4g的羥乙基纖維素和0.3g的聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物p123溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性羥乙基纖維素混合溶液；
(2).將25.0g固含量為18%的水性氧化鈦加入到步驟(1)得到的水性羥乙基纖維素混合溶液中，繼續(xù)攪拌2h，靜置1h，得到水性納米涂層涂料；
其中，所述的水性納米涂層涂料中各組分及其重量百分比含量為：羥乙基纖維素，5.9%；聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物p123，1.5%；氧化鈦納米溶膠，19%；去離子水，73.6%；
(3).采用傳統(tǒng)的浸涂法，先將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內(nèi)進行處理，處理功率為80w、以流量為20ml/min速度通入co2氣體，處理60s，然后，將步驟(2)得到的水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池隔膜表面和孔道中，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min，再轉(zhuǎn)移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被納米氧化鈦涂層修飾的鋰離子電池隔膜。
實施例3
一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，其步驟如下：
(1).將1.5g的羧甲基纖維素和，0.5g的聚酰亞胺溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性羧甲基纖維素混合溶液；
(2).將28g固含量為18%的氧化硅加入到步驟(1)得到的水性羧甲基纖維素混合溶液中，繼續(xù)攪拌2h，靜置1h，得到納米涂層涂料；
其中，所述的水性納米涂層涂料中各組分及其重量百分比含量為：羧甲基纖維素，5.4%；聚酰亞胺，1.8%；氧化硅納米溶膠，18%，去離子水，74.8%；
(3).采用傳統(tǒng)的浸涂法，先將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內(nèi)進行處理，處理功率為80w、以流量為20ml/min速度通入co2氣體，處理60s，然后，將步驟(2)得到的水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池隔膜表面和孔道中，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min，再轉(zhuǎn)移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被納米氧化硅涂層修飾的鋰離子電池隔膜。
實施例4
一種鋰離子電池隔膜納米涂層的構(gòu)成方法，其步驟如下：
(1).將1.8g的聚乙烯醇和0.6g的聚酰亞胺溶于去離子水中，攪拌3h，得到水性聚乙烯醇混合溶液；
(2).將25.0g固含量為30%的水性氧化鋯加入到步驟(1)得到的水性聚乙烯醇混合溶液中，繼續(xù)攪拌2h，靜置1h，得到納米涂層涂料；
其中，所述的水性納米涂層涂料中各組分及其重量百分比含量為：聚乙烯醇，6.0%；聚酰亞胺，2.0%；氧化鋯納米溶膠，18%；去離子水，74%；
((3).采用傳統(tǒng)的浸涂法，先將聚乙烯隔膜放在等離子體處理裝置內(nèi)進行處理，處理功率為80w、以流量為20ml/min速度通入co2氣體，處理60s，然后，將步驟(2)得到的水性納米涂層涂料涂布在鋰離子電池隔膜表面和孔道中，將涂布后的隔膜在空氣中干燥10min，再轉(zhuǎn)移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被納米氧化鋯涂層修飾的鋰離子電池隔膜。
利用autolab測試表面和孔道均被納米涂層修飾的鋰離子電池隔膜的離子電導率，測得電導率為0.45ms/cm,說明該隔膜的本體阻抗減小，離子穿過隔膜的遷移速率提高，并測得氧化鋯納米涂層修飾后隔膜的鋰離子遷移數(shù)為0.46，明顯高于現(xiàn)有的鋰離子電池隔膜的鋰離子遷移數(shù)。