一種高性能鋰離子傳導(dǎo)膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能鋰離子傳導(dǎo)膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下：制備紡絲溶液：將商業(yè)化的顆粒尺寸為20~200nm的Li10GeP2S12粉末與具有一定粘度的有機高分子按質(zhì)量比mLi10GeP2S12：m高分子=1:（1~10）的比例溶于有機溶劑中，充分攪拌后形成固含量為30~95%的懸濁液；經(jīng)過靜電紡絲，所得靜紡隔膜通過滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為60~85oC，熱壓后即得具有高離子傳導(dǎo)率的隔膜。其具有高安全性和高鋰離子傳導(dǎo)率的復(fù)合隔膜。使用該隔膜的鋰離子電池具有更優(yōu)秀的電化學(xué)性能。
【專利說明】一種高性能鋰離子傳導(dǎo)膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種高性能鋰離子傳導(dǎo)膜的制備方法，屬于鋰電池隔膜【技術(shù)領(lǐng)域】。【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進步鋰離子電池也越來越受到人們的關(guān)注，不僅僅是在電池產(chǎn)品或者智能手機等領(lǐng)域，在儲能電池和車用動力電池領(lǐng)域鋰離子電池最近幾年也得到了長足穩(wěn)步的發(fā)展。由于這些新的、特殊領(lǐng)域的要求，電池單體的尺寸和容量也越來越大，某些廠家甚至將電池單體容量設(shè)計為200Ah，這就對電池的安全性能提出了更高的要求，否則一旦出現(xiàn)電池起火或爆炸問題，后果會極其嚴重。
[0003]我們知道，影響電池安全性能的一個重要因素即為隔膜，隔膜即具有防止正負極短路功能，還具有鋰離子傳導(dǎo)功能，同時某些隔膜還具有一定的熔斷保護和閉孔功能。為了能夠更進一步提高電池安全性，鋰電池未來須向全固態(tài)方向發(fā)展，而隔膜和電解液將統(tǒng)一由固體電解質(zhì)代替。最近，東京工業(yè)大學(xué)和豐田公司將一種具有超高離子導(dǎo)電率的LiltlGeP2S12硫化物應(yīng)用在全固態(tài)電池上，使得電池的安全性能得到了大大提高。但由于全固態(tài)電池的特性，如果電解質(zhì)全部為LiltlGeP2S12材料，電池的功率特性即大電流充放電能力會有非常大的損失和降低，對實際應(yīng)用產(chǎn)生了較大限制。
[0004]本專利為了解決上述問題，采用了靜電紡絲方法，將納米尺寸的LiltlGeP2S12化合物以聚合物纖維的形式紡絲到傳統(tǒng)里電池隔膜上，再通過熱壓的方法將二者有效地結(jié)合，制備出具有高安全性和高鋰離子傳導(dǎo)率的復(fù)合隔膜。使用該隔膜的鋰離子電池具有更優(yōu)秀的電化學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高性能鋰離子傳導(dǎo)膜的制備方法，以納米尺寸的LiltlGeP2S12化合物為原料，將其溶于具有一定粘度的紡絲溶液中形成懸濁液，然后將該懸濁液通過靜電紡絲的方法涂覆在傳統(tǒng)隔膜基層一側(cè)或兩側(cè)，最后通過熱壓法使紡絲層與隔膜基層結(jié)合牢固，具有高安全性和高鋰離子傳導(dǎo)率的復(fù)合隔膜。使用該隔膜的鋰離子電池具有更優(yōu)秀的電化學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種高性能鋰離子傳導(dǎo)膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下:
a)制備紡絲溶液:將商業(yè)化的顆粒尺寸為2(T200nm的LiltlGeP2S12粉末與具有一定粘度的有機高分子按質(zhì)量比Hiuitlfcp2si2:m^=l: (f 10)的比例溶于有機溶劑中，充分攪拌后形成固含量為30~95%的懸池液；
b)靜電紡絲:將步驟a)所制備的懸濁液至于靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，紡絲針頭孔徑0.5~1.5mm，紡絲電壓10~20kV，接收距離15~25cm，濕度25~45%，溫度20~40°C，隔膜基層置于金屬箔材的接收板上；
c)熱壓復(fù)合:步驟b)所得靜紡隔膜通過滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為6(T85°C，熱壓后即得具有高離子傳導(dǎo)率的隔膜。
[0007]所述的步驟a)中的有機高分子包括聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物、聚苯胺(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP);所述有機溶劑包括二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。步驟b)所述隔膜基層包括聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基無紡布、纖維素膜。
[0008]本發(fā)明的積極效果是具有高安全性和高鋰離子傳導(dǎo)率的復(fù)合隔膜。使用該隔膜的鋰離子電池具有更優(yōu)秀的電化學(xué)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明所述高性能鋰離子傳導(dǎo)膜制備的示意圖，其中“I”為金屬箔材接收板，“2”為本發(fā)明所制備的高性能鋰離子傳導(dǎo)膜，“3”為懸濁液。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述:
實施例1
如圖1所示，將商業(yè)化的顆粒尺寸為50nm的LiltlGeP2S12粉末與PAN按質(zhì)量比mm(K；eP2S12:mPAN=l:6的比例溶于DMF有機溶劑中，充分攪拌后形成固含量為75%的懸濁液。將該懸濁液至于靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，紡絲針頭孔徑0.8mm，紡絲電壓10kV，接收距離19cm，濕度30-40%，溫 度30°C，PP隔膜基層置于金屬箔材的接收板上；上述所得靜紡隔膜通過滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為75°C，熱壓后即得具有高離子傳導(dǎo)率的隔膜。
[0011]實施例2
將商業(yè)化的顆粒尺寸為20nm的LiltlGeP2S12粉末與PVDF按質(zhì)量比mLil(l(;eP2S12:%vdf=1:1的比例溶于NMP中，充分攪拌后形成固含量為95%的懸濁液。將該懸濁液至于靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，紡絲針頭孔徑0.5mm，紡絲電壓20kV，接收距離15cm，濕度25~35%，溫度20°C，PE隔膜基層置于金屬箔材的接收板上；上述所得靜紡隔膜通過滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為60°C，熱壓后即得具有高離子傳導(dǎo)率的隔膜。
[0012]實施例3
將商業(yè)化的顆粒尺寸為200nm的LiltlGeP2S12粉末與PVDF-HFP按質(zhì)量比:mPV?=l:10的比例溶于丙酮中，充分攪拌后形成固含量為30%的懸濁液。將該懸濁液至于靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，紡絲針頭孔徑1.5mm，紡絲電壓20kV，接收距離25cm，濕度30~45%，溫度40°C，PET無紡布置于金屬箔材的接收板上；上述所得靜紡隔膜通過滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為85°C，熱壓后即得具有高離子傳導(dǎo)率的隔膜。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池用離子傳導(dǎo)膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下: a)制備紡絲溶液:將商業(yè)化的顆粒尺寸為2(T200nm的LiltlGeP2S12粉末與具有一定粘度的有機高分子按質(zhì)量Kmuitlfcp2si2:m^=l: (f 10)的比例溶于有機溶劑中，充分攪拌后形成固含量為30、5%的懸濁液；b)靜電紡絲:將步驟a)所制備的懸濁液至于靜電紡絲機的注射器中進行靜電紡絲，紡絲針頭孔徑0.5~1.5mm，紡絲電壓l(T20kV，接收距離15~25cm，濕度25~45%，溫度2(T40°C，隔膜基層置于金屬箔材的接收板上； c)熱壓復(fù)合:步驟b)所得靜紡隔膜通過滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為6(T85°C，熱壓后即得具有高離子傳導(dǎo)率的隔膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋰離子電池用傳導(dǎo)膜的制備方法，其特征在于所述步驟a)中有機高分子包括聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物、聚苯胺(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP);所述有機溶劑包括二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮和N-甲基吡咯烷酮(NMP);步驟b)所述隔膜基層包括聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基無紡布和纖維素隔膜。
【文檔編號】H01M2/16GK104022248SQ201410284856
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】姜濤, 陳慧明, 王丹, 張克金 申請人:中國第一汽車股份有限公司