本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電池的離子交換膜的制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池因具有能量密度高，工作電壓高，循環(huán)壽命長，無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)、電動(dòng)行業(yè)、空間技術(shù)等大型應(yīng)用領(lǐng)域。鋰離子電池主要由正、負(fù)極材料，電解液，隔膜，外殼組成。隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，隔膜在鋰離子電池中起著阻隔正、負(fù)極和提供鋰離子傳輸通道的作用，隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響著電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性。

目前鋰離子電池隔膜的設(shè)計(jì)理念為：形成微孔結(jié)構(gòu)的隔膜，使鋰離子能夠通過薄膜中的微孔進(jìn)行傳輸。故通常隔膜的孔隙率越高，鋰離子的傳導(dǎo)能力越強(qiáng)，但同時(shí)其力學(xué)性能會(huì)受到影響，而同時(shí)能兼顧孔隙率及力學(xué)強(qiáng)度較為困難。

因此，需要開發(fā)一種新材料以滿足鋰離子電池隔膜的各項(xiàng)要求，包括：機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性，浸潤性，厚度，孔隙率等。針對(duì)上述問題，本發(fā)明公開了一種無機(jī)/有機(jī)離子交換膜，利用離子交換膜中的磺酸基團(tuán)增加鋰離子交換能力，提高鋰離子的傳導(dǎo)，從而降低鋰離子電池的內(nèi)阻，提高鋰離子電池電化學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池的離子交換膜的制備方法。

一種鋰離子電池的離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將無機(jī)固體氧化物加入水中，同時(shí)加入分散劑、粘結(jié)劑、潤濕劑和消泡劑經(jīng)攪拌均勻后，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-40％的無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液；

(2)將無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液加入離子聚合物溶液中進(jìn)行攪拌均勻，得到固含量為25％-35％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液；

(3)將無機(jī)物/離子聚合物溶液雙面涂布在pe基膜上，經(jīng)干燥后得到三層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的離子交換膜。

進(jìn)一步方案，所述無機(jī)固體氧化物為勃姆石、sio2、al2o3、mgo、zro2中的一種或幾種。

進(jìn)一步方案，所述粘結(jié)劑的加入質(zhì)量為5-10％，所述分散劑的加入質(zhì)量為0.3-0.6％，所述消泡劑的加入質(zhì)量為0.5-1.5％，所述潤濕劑的加入質(zhì)量為0.5-0.8％。

進(jìn)一步方案，所述離子聚合物溶液為全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物(nafion)、磺酸化纖維素、磺酸化pva中的一種或幾種。

進(jìn)一步方案，所述無機(jī)物/離子聚合物溶液涂層的厚度為1-3μm。

本發(fā)明中分散劑、粘結(jié)劑、潤濕劑和消泡劑為本領(lǐng)域常用的，比如分散劑為顏料親和共聚物，粘結(jié)劑為丙烯酸類物質(zhì)，潤濕劑為聚醚氧基共聚物，消泡劑為硅樹脂。

電池組裝：以lifepo4為正極材料、石墨作為負(fù)極、lipf6溶液作為電解液，和本發(fā)明制備的離子交換膜為隔膜材料，組裝得到鋰離子電池。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

(1)與傳統(tǒng)的鋰離子電池隔膜相比，本發(fā)明采用離子交換膜作為鋰離子電池隔膜，增加了鋰離子的傳導(dǎo)能力，降低鋰離子電池的內(nèi)阻。

(2)本發(fā)明中采用無機(jī)物/離子聚合物組成的離子交換膜，無機(jī)納米粒子的加入提高了隔膜的耐熱性，同時(shí)，磺酸化的膜結(jié)構(gòu)中含有大量的-oh等親水性基團(tuán)，提高了隔膜對(duì)電解液的浸潤性及吸液，保液能力，進(jìn)而提高鋰離子電池的循環(huán)性能。

(3)本發(fā)明利用nafion、纖維素溶液、pva等溶液的高成膜性能，構(gòu)造三層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)增加了膜的機(jī)械強(qiáng)度，從而提高鋰離子電池的安全性能。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，有以下各實(shí)施例，各實(shí)施例中數(shù)據(jù)以質(zhì)量計(jì)。

實(shí)施例1：一種鋰離子電池的離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液的制備：將al2o3分散于水中，再加入的0.5％的分散劑以2000r/min攪拌3h；然后加入5％的粘結(jié)劑、0.5％的潤濕劑、0.5％的消泡劑，以1000r/min攪拌1.5h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％的al2o3預(yù)分散液。

第二步：無機(jī)物/離子聚合物溶液的制備：取al2o3預(yù)分散液加入nafion溶液中，以500r/min攪拌均勻，得到固含量為30％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液。

第三步：離子交換膜的制備：將第二步得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液雙面涂布在16μm的pe基膜上，60℃干燥后得到總涂層厚度為2μm的鋰離子電池的離子交換膜。

第四步：電池組裝：以第三步得到的離子交換膜為隔膜材料、lifepo4為正極材料、石墨作為負(fù)極、lipf6溶液作為電解液，組裝后得到鋰離子電池。

實(shí)施例2：本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：同實(shí)施例1第一步。

第二步：無機(jī)物/離子聚合物溶液的制備。取第一步中的氧化物預(yù)分散液，加入磺酸化pva溶液中，1000r/min攪拌均勻，得到固含量為25％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液；

第三步：離子交換膜的制備。將第二步得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液與16μm的pe基膜上進(jìn)行雙面涂布，60℃干燥后得到總涂層厚度為3μm的鋰離子電池離子交換膜。

第四步：同實(shí)施例1第四步。

實(shí)施例3：本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液的制備。取一定量的zro2預(yù)分散液，加入的6‰的分散劑，2000r/min攪拌3h，然后加入6％的粘結(jié)劑，8‰的潤濕劑，5‰的消泡劑，1000r/min攪拌1.5h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的zro2預(yù)分散液。

第二步：無機(jī)物/離子聚合物溶液的制備。取第一步中的氧化物預(yù)分散液，加入nafion溶液中，500r/min攪拌均勻，得到固含量為25％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液；

第三步：離子交換膜的制備。將第二步得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液與16μm的pe基膜上進(jìn)行雙面涂布，60℃干燥后得到總涂層厚度為3μm的鋰離子電池離子交換膜。

第四步：同實(shí)施例1第四步。

實(shí)施例4：本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液的制備。取一定量的mgo預(yù)分散液，加入的6‰的分散劑，2000r/min攪拌3h，然后加入6％的粘結(jié)劑，8‰的潤濕劑，5‰的消泡劑，1000r/min攪拌3h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％的mgo預(yù)分散液。

第二步：同實(shí)施例2第二步。

第三步：離子交換膜的制備。將第二步得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液與16μm的pe基膜上進(jìn)行雙面涂布，60℃干燥后得到總涂層厚度為1μm的鋰離子電池離子交換膜。

第四步：同實(shí)施例1第四步。

實(shí)施例5：本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液的制備。取一定量的al2o3預(yù)分散液，加入的5‰的分散劑，2000r/min攪拌3h，然后加入5％的粘結(jié)劑，5‰的潤濕劑，5‰的消泡劑，1000r/min攪拌1.5h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％的al2o3預(yù)分散液。

第二步：無機(jī)物/離子聚合物溶液的制備。取第一步中的氧化物預(yù)分散液，加入磺酸化纖維素溶液中，1000r/min攪拌均勻，得到固含量為30％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液；

第三步：離子交換膜的制備。將第二部得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液與16μm的pe基膜上進(jìn)行雙面涂布，60℃干燥后得到總涂層厚度為2.5μm的鋰離子電池離子交換膜。

第四步：電池組裝：以lifepo4為正極材料，石墨作為負(fù)極，以lipf6溶液作為電解液，第三步得到的隔膜樣品為隔膜材料，組裝后得到鋰離子電池。

實(shí)施例6：本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液的制備。取一定量的勃姆石預(yù)分散液，加入的5‰的分散劑，2000r/min攪拌3h，然后加入8％的粘結(jié)劑，5‰的潤濕劑，2‰的消泡劑，800r/min攪拌3h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的al2o3預(yù)分散液。

第二步：無機(jī)物/離子聚合物溶液的制備。取第一步中的氧化物預(yù)分散液，加入nafion溶液中，1000r/min攪拌均勻，得到固含量為25％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液；

第三步：離子交換膜的制備。將第二步得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液與16μm的pe基膜上進(jìn)行雙面涂布，60℃干燥后得到總涂層厚度為1.5μm的鋰離子電池離子交換膜。

第四步：電池組裝：以lifepo4為正極材料，石墨作為負(fù)極，以lipf6溶液作為電解液，第三步得到的隔膜樣品為隔膜材料，組裝后得到鋰離子電池。

實(shí)施例7：本發(fā)明一種鋰離子電池離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步：無機(jī)固體氧化物預(yù)分散液的制備。取一定量的勃姆石預(yù)分散液，加入的3‰的分散劑，2000r/min攪拌3h，然后加入10％的粘結(jié)劑，5‰的潤濕劑，2‰的消泡劑，800r/min攪拌1.5h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的勃姆石預(yù)分散液。

第二步：無機(jī)物/離子聚合物溶液的制備。取第一步中的氧化物預(yù)分散液，加入nafion溶液中，1000r/min攪拌均勻，得到固含量為30％的無機(jī)物/離子聚合物共混溶液；

第三步：離子交換膜的制備。將第二部得到的無機(jī)物/離子聚合物溶液與16μm的pe基膜上進(jìn)行雙面涂布，60℃干燥后得到總涂層厚度為1μm的鋰離子電池離子交換膜。

第四步：電池組裝：以lifepo4為正極材料，石墨作為負(fù)極，以lipf6溶液作為電解液，第三步得到的隔膜樣品為隔膜材料，組裝后得到鋰離子電池。

上述實(shí)施例1-7制備的離子交換膜按astm檢測(cè)其拉伸強(qiáng)度和熱收縮性能，如下表1所示，從表1可知，本發(fā)明采用三層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)增加了膜的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)也改善了隔膜的熱收縮性能。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。