[go: up one dir, main page]

CN106450109A - 一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法 - Google Patents

一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106450109A
CN106450109A CN201610984385.9A CN201610984385A CN106450109A CN 106450109 A CN106450109 A CN 106450109A CN 201610984385 A CN201610984385 A CN 201610984385A CN 106450109 A CN106450109 A CN 106450109A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alf
ion battery
lithium ion
lithium
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610984385.9A
Other languages
English (en)
Inventor
黄锋林
刘文婷
宁景霞
魏取福
李珂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN201610984385.9A priority Critical patent/CN106450109A/zh
Publication of CN106450109A publication Critical patent/CN106450109A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用AlF3改性复合隔膜及制备方法，其特征在于利用磁控沉积技术将AlF3陶瓷颗粒均匀的溅射在静电纺聚偏氟乙烯纳米纤维膜上，制备复合纳米纤维膜。本发明通过磁控沉积技术在基膜表面沉积AlF3颗粒形成复合陶瓷层，一方面提高了隔膜的耐热性能，进而提高了锂离子电池的安全性；另一方面由于AlF3的路易斯酸性在一定程度上抑制了电解液的分解从而有效改善了电池的循环性能。本发明解决了常规陶瓷颗粒层涂覆的结合不牢、厚度大等缺陷，同时在抑制电解液分解、改善循环性能方面具有显著效果，可广泛用于锂离子电池隔膜领域。

Description

一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法。
背景技术
可充电锂离子电池由于循环寿命长、环境污染小、无记忆效应，以及充放电容量高、安全性能好等优点，引起国内外科研人员的广泛关注和研究，近年来已成为新型电源技术研究的热点。锂离子电池主要由正负极、隔膜和电解液组成。其中，隔膜的作用显得尤为重要，不仅能够隔离正负极防止短路，同时为锂离子提供通道。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
在锂离子电池系统中，电解液是在电池正、负极之间起传导作用的离子导体，电池的安全性、循环性能等也与电解液的性质息息相关。但是，目前常用的有机电解液为LiPF6电解液体系，该电解液热稳定性差，在电池工作过程中容易分解产生LiF和PF5，不仅消耗了锂离子，导致电池容量衰减，同时PF5容易与电解液中的碳酸酯进一步发生副反应加速缩减电池寿命其反应机理如下：
LiPF6→LiF+PF5 (1)
PF5+H2O→POF3+2HF (2)
在电池系统中电解液与隔膜密不可分，隔膜的组成在一定程度上会对电解液的分解具有影响。因此，对隔膜进行改性使其在一定程度上抑制电解液的分解无疑对改善电池性能、延长使用寿命具有重大意义。
Ji-Hyun Yoo等人在PE隔膜表面接枝乙烯基化的二氧化硅制备复合隔膜，二氧化硅可与电解液中的HF发生亲核替代反应形成Si-F键从而消耗掉部分HF，且在高温下有效抑制电解液分解。
Won-Kyung Shin等研究人员在PE隔膜表面涂覆氟化铝纳米颗粒，结果发现改性后隔膜组装的电池在循环100次后电解液分解产物显著下降。
采用氧化铝、二氧化硅等无机纳米粒子进行涂覆改性虽对电解液分解有不同程度的抑制作用，但直接涂覆的纳米粒子不能与基体材料形成一个有机的整体，且涂层会对隔膜厚度增加、孔隙部分堵塞，影响锂离子的迁移；同时涂覆不匀率较高，会引起电池工作过程中无机纳米粒子的部分脱落，造成电流分布不匀、容量衰减，影响电池性能。因此既能抑制电解液分解，又能确保电池性能的稳定是锂离子电池隔膜亟需解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜。借助氟化铝纳米粒子的路易斯酸性抑制电解液分解反应的正向进行，制备具有抑制电解液分解的复合隔膜，提高电池循环性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的隔膜材料以静电纺聚偏氟乙烯为基底膜，具有机械强度高、吸液率高的特点；同时在基底膜的两面利用磁控沉积技术溅射氟化铝陶瓷材料来提高隔膜的循环性能及抑制电解液分解。
进一步限定，所述基体材料的厚度为50μm左右；孔隙率为70-80％。
进一步限定，所述溅射氟化铝使用的是射频源，功率35W，压强0.6-1.0Pa。
进一步限定，沉积层为1-5μm。。
上述锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：
1)称取3.5g聚偏氟乙烯粉末溶于体积比为7:3的二甲基甲酰胺及丙酮的混合溶液中，制成总质量为25g的纺丝液；将纺丝液置于自制静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，制备PVDF纳米纤维膜作为基体材料；
2)固定氟化铝靶材及聚偏氟乙烯基体材料，抽真空以达到本底真空度(8.0×10- 4Pa)，然后进行磁控溅射
3)将复合隔膜置于真空干燥箱中60℃干燥6h，热压处理10min；
4)使用手动冲片机将复合隔膜压成直径为18mm的隔膜，得到锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜。
附图说明
图1为本发明对比例静电纺PVDF纳米纤维膜扫描电镜图；
图2为本发明实施例1磁控沉积氟化铝颗粒复合隔膜扫描电镜图；
图3为实施例1磁控沉积氟化铝颗粒复合隔膜结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜，包括聚偏氟乙烯纳米纤维膜和溅射于基膜双侧的氟化铝纳米陶瓷颗粒，固定好氟化铝靶材，采用聚偏氟乙烯纳米纤维膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩，本底真空度8.0×10-4Pa，溅射气压0.6Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为35W，样品沉积时间20min。
实施例2：
一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜，包括聚偏氟乙烯纳米纤维膜和溅射于基膜双侧的氟化铝纳米陶瓷颗粒，固定好氟化铝靶材，采用聚偏氟乙烯纳米纤维膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩，本底真空度8.0×10-4Pa，溅射气压0.8Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为35W，样品沉积时间20min。
实施例3：
一种锂离子电池用氟化铝-聚偏氟乙烯复合隔膜，包括聚偏氟乙烯纳米纤维膜和溅射于基膜双侧的氟化铝纳米陶瓷颗粒，固定好氟化铝靶材，采用聚偏氟乙烯纳米纤维膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩，本底真空度8.0×10-4Pa，溅射气压1.0Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为35W，样品沉积时间20min。
对比例：
称取3.5g聚偏氟乙烯粉末溶于体积比为7:3的二甲基甲酰胺及丙酮的混合溶液中，制成总质量为25g的纺丝液；将纺丝液置于自制静电纺丝机的注射器中进行静电纺丝，纺丝参数为：电压15kv，推进速度1ml/h，纺丝距离15cm。
本发明具有以下有益效果：(1)复合隔膜孔隙率高，电解液吸液率高；(2)提高了隔膜的耐热性能；(3)对电池工作过程中电解液的分解起到一定的抑制作用；(4)提高了锂离子电池的循环性能；(5)磁控溅射技术操作方便，对隔膜本身的特性影响较小，可大规模生产。
对所公开的实施例的上述说明，仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。

Claims (4)

1.一种锂离子电池用AlF3/PVDF复合隔膜，其特征在于通过静电纺丝法制备聚偏氟乙烯纳米纤维膜，再利用磁控沉积技术将AlF3陶瓷颗粒覆盖在PVDF上，得到具有抑制电解液分解的复合隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用AlF3/PVDF复合隔膜，其特征在于：使用磁控溅射沉积技术沉积AlF3，使用的功率为35W，压强0.6-1.0Pa，反应气体为氩气，反应室真空度为8.0×10-4Pa。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用AlF3/PVDF复合隔膜，其特征在于：所述复合隔膜中，AlF3陶瓷颗粒为双面沉积。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用AlF3/PVDF复合隔膜，其特征在于：所述复合隔膜在沉积AlF3之后需要热压处理。
CN201610984385.9A 2016-11-09 2016-11-09 一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法 Pending CN106450109A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610984385.9A CN106450109A (zh) 2016-11-09 2016-11-09 一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610984385.9A CN106450109A (zh) 2016-11-09 2016-11-09 一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106450109A true CN106450109A (zh) 2017-02-22

Family

ID=58207204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610984385.9A Pending CN106450109A (zh) 2016-11-09 2016-11-09 一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106450109A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109012221A (zh) * 2018-08-28 2018-12-18 重庆大学 利用磁控溅射SiO2纳米粒子制备高亲水性PVDF滤膜的方法及其产品
CN109449353A (zh) * 2018-10-19 2019-03-08 刘建宏 一种新型锂电池隔膜
CN110518211A (zh) * 2019-08-29 2019-11-29 西安交通大学 一种碳包裹金属氟化物及其制备方法和应用
CN114270617A (zh) * 2019-08-16 2022-04-01 株式会社Lg新能源 具有耐热层的电化学装置用隔板和包括该隔板的二次电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080072340A (ko) * 2007-02-02 2008-08-06 한양대학교 산학협력단 리튬 이차 전지용 세퍼레이터, 이의 제조방법 및 이를포함하는 리튬 이차 전지
CN102407623A (zh) * 2011-08-04 2012-04-11 中国第一汽车股份有限公司 一种锂离子电池用复合隔膜的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080072340A (ko) * 2007-02-02 2008-08-06 한양대학교 산학협력단 리튬 이차 전지용 세퍼레이터, 이의 제조방법 및 이를포함하는 리튬 이차 전지
CN102407623A (zh) * 2011-08-04 2012-04-11 中国第一汽车股份有限公司 一种锂离子电池用复合隔膜的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEIYA CHEN等: ""Improved performance of PVdF-HFP/PI nanofiber membrane for lithium ion battery separator prepared by a bicomponent cross-electrospinning method"", 《MATERIALS LETTERS》 *
刘延波等: ""电纺 PVDF/PVDF-HFP复合纳米纤维膜及其防水透湿性能评价"", 《天津工业大学学报》 *
张占磊: ""电纺法制备 PVDF 及其复合纤维膜用于锂离子电池隔膜研究"", 《哈尔滨工业大学工程硕士学位论文》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109012221A (zh) * 2018-08-28 2018-12-18 重庆大学 利用磁控溅射SiO2纳米粒子制备高亲水性PVDF滤膜的方法及其产品
CN109449353A (zh) * 2018-10-19 2019-03-08 刘建宏 一种新型锂电池隔膜
CN114270617A (zh) * 2019-08-16 2022-04-01 株式会社Lg新能源 具有耐热层的电化学装置用隔板和包括该隔板的二次电池
US12283716B2 (en) 2019-08-16 2025-04-22 Lg Energy Solution, Ltd. Separator having heat resistant layer for electrochemical device and secondary battery comprising same
CN110518211A (zh) * 2019-08-29 2019-11-29 西安交通大学 一种碳包裹金属氟化物及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104617328B (zh) 一种长寿命锂离子二次电池及其制造方法
WO2022021933A1 (zh) 非水电解质二次电池用负极材料及其制备方法
CN101853931B (zh) 锂离子电池用多孔导电LiFePO4正极板的制备方法
CN108695488A (zh) 氧化锌-金属锂复合负极及制备方法、金属锂二次电池
CN103050668A (zh) 一种锂离子电池Si/C复合负极材料的制备方法
CN101692493A (zh) 一种提高锂离子电池正极稳定性的金属膜和制作方法
CN108682813A (zh) 一种硅碳复合材料的制备方法及应用
CN107706392A (zh) 一种碳氮共包覆磷酸钒钠钠离子电池正极材料的制备方法
CN108878154A (zh) 钛酸钠纳米纤维材料的制备方法及以该材料为负极的钠离子混合电容器
CN106450109A (zh) 一种抑制电解液分解的锂离子电池隔膜及制备方法
CN111799459A (zh) 一种硫复合正极材料制备方法及全固态锂硫电池
CN105161687B (zh) 一种硒复合电极材料的制备方法
CN108134132B (zh) 一种动力锂电池用微胶囊薄膜陶瓷固体电解质及制备方法
CN106654118A (zh) 一种具有热断功能的锂离子电池复合隔膜及制备方法
CN115295786A (zh) 提升钠离子电池硬碳负极倍率和循环稳定性的方法
CN115395091A (zh) 一种高性能复合固态电解质膜片及其制备方法和应用
CN115472793A (zh) 用于固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和固态电池
CN115621456A (zh) 一种具有高稳定性和导电性的锂离子电池硅基负极材料及其制备方法
CN112201848A (zh) 固态电解质、复合一体化正极、一体化电池及其制备方法
CN110649234A (zh) 一种高库伦效率硅基负极材料的制备方法
CN110797535A (zh) 一种用作钾离子电池负极的氮-钴-氧三掺杂的网络状碳材料的制备方法
CN111180686B (zh) 一种柔性自支撑硅基锂离子电池负极材料的制备方法
CN110165154B (zh) 一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料及其制备方法及其应用
CN119663205A (zh) Al-Mg合金负极集流体及其制备方法和无负极钠金属电池
CN116315049A (zh) 一种包覆型硫化物固态电解质片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170222

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication