本發(fā)明公開了一種鋰離子電池復(fù)合隔膜的制備方法，屬于電池制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子電池的組成部分包括：電極、電解質(zhì)、聚合物隔膜(電池隔膜)等，其中兩個電極之間的隔膜起到了很重要的作用，它不僅要起到分隔兩極，使電池不至于內(nèi)部短路的作用，還要起到透過離子的作用，一定的孔隙率能夠保證電池隔膜在具有良好透過率的前提下，還能保證優(yōu)秀的機械性能。在電池使用過程中不可避免的會產(chǎn)生一部分熱量，如果發(fā)生了故障，溫度會一直上升，導(dǎo)致電池內(nèi)壓大幅增加，容易發(fā)生爆炸。這種安全隱患可以在一定程度上通過電池隔膜來排除，具有多孔結(jié)構(gòu)的電池隔膜，在溫度較高時會發(fā)生融化，導(dǎo)致孔洞的關(guān)閉，增加阻抗，遮斷電流，達到保障安全的作用。
電池隔膜是一種置于電池正極和負極之間的多孔材料，是電池非常關(guān)鍵的組成部分，起到隔離正負極不使電池發(fā)生短路、吸收電解液、讓導(dǎo)電離子順利通過及讓氣體透過的作用。隔膜材料的優(yōu)劣對電池容量、放電電壓、自放電、循環(huán)使用壽命、安全性和成本等方面都有顯著影響。
現(xiàn)有的電池隔膜存在孔徑分布不均勻、機械強度低和熱穩(wěn)定性能欠佳，且對電解液吸收性差，限制了離子電導(dǎo)率的提高，不利于鋰電池的快速充放電的缺陷，因而限制了電池的使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有的電池隔膜存在孔徑分布不均勻、機械強度低和熱穩(wěn)定性能欠佳，且對電解液吸收性差，限制了離子電導(dǎo)率的提高，不利于鋰電池的快速充放電的問題，提供一種鋰離子電池復(fù)合隔膜的制備方法，該方法首先將異丙醇鋁與異丙醇溶液攪拌反應(yīng)后旋蒸制得水合氧化鋁，再將其煅燒制成超微細氧化鋁粉后與聚丙烯酸、正辛酸、聚乙烯醇水溶液等球磨、真空脫泡處理制得氧化鋁漿料，再取丙酮與N，N-二甲基甲酰胺、聚偏氟乙烯粉末等攪拌混合并超聲分散處理，得聚偏氟乙烯噴涂液，隨后將氧化鋁漿料及聚偏氟乙烯噴涂液依次涂布在干燥后的聚酰亞胺薄膜上，最后經(jīng)烘干處理即可得鋰離子電池復(fù)合隔膜，本發(fā)明制得的鋰離子電池復(fù)合隔膜孔隙率高、孔徑分布均勻，具有較高的機械強度、很好的電解液潤濕性和耐溫性能，且電池隔膜熱穩(wěn)定性好，收縮率低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）稱取30～50g異丙醇鋁，加入100～120mL質(zhì)量分數(shù)為80%異丙醇溶液中，在80～90℃恒溫水浴下，以300～400r/min攪拌反應(yīng)3～5h，隨后裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸餾至干，得水合氧化鋁，再將水合氧化鋁置于管式爐中，在1000～1200℃下煅燒3～5h，碾磨得超微細氧化鋁粉；
（2）稱取5～10g上述超微細氧化鋁粉，2.0～3.2mL聚丙烯酸，0.5～1.0mL正辛酸，1～2mL聚醚改性硅油，20～30mL去離子水，裝入球磨機中，按球料比5：3加入研磨鋯珠，以300～400r/min球磨8～10h后，再加入10～20mL質(zhì)量分數(shù)為10%聚乙烯醇水溶液，1～2mL聚乙二醇，繼續(xù)球磨10～12h，隨后轉(zhuǎn)入真空脫泡機中真空脫泡，得氧化鋁漿料，備用；
（3）量取40～50mL丙酮，與20～25mLN，N-二甲基甲酰胺混合均勻后，加入1.5～1.8g聚偏氟乙烯粉末，0.1～0.2g納米二氧化硅，在50～55℃恒溫水浴下，以300～400r/min攪拌1～2h，再用300W超聲波超聲分散30～40min，靜置2～3h，得聚偏氟乙烯噴涂液；
（4）取聚酰亞胺薄膜，置于干燥箱中在60～70℃下干燥1～2h，再將其置于涂布機上，并按涂布量為0.02mL/cm2將步驟（2）制備的氧化鋁漿料均勻涂覆在聚酰亞胺薄膜上，自然風(fēng)干后，再將上述聚偏氟乙烯噴涂液，通過靜電噴涂裝置，以2～4mL/dm2，均勻噴涂在氧化鋁層上，隨后轉(zhuǎn)入干燥箱中，在70～80℃下干燥5～6h，即可得鋰離子電池復(fù)合隔膜。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的鋰離子電池復(fù)合隔膜孔徑分布均勻，孔隙率達65～80%，孔徑大小為0.01～0.10μm，隔膜機械強度高，縱、橫向拉伸強度150～250MPa，250℃下收縮率低于1%，膜層厚度為15～40μm，具有較低的高溫收縮率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，使用本發(fā)明電池隔膜的鋰電池經(jīng)循環(huán)充放電500次后，剩余電量為90～93%，有效延長了電池使用壽命。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制得的電池隔膜具有孔隙尺寸均勻、機械強度高、電解液浸潤性好的優(yōu)點，制成的電池安全性能良好，使用壽命長；
（2）本發(fā)明制得的電池隔膜高溫收縮率顯著降低（250℃下收縮率＜1%），使隔膜的熱穩(wěn)定性能更好，極大的提高了使用該隔膜的鋰離子電池的安全性能，且本發(fā)明制備工藝簡單，無污染，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施方式
首先稱取30～50g異丙醇鋁，加入100～120mL質(zhì)量分數(shù)為80%異丙醇溶液中，在80～90℃恒溫水浴下，以300～400r/min攪拌反應(yīng)3～5h，隨后裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸餾至干，得水合氧化鋁，再將水合氧化鋁置于管式爐中，在1000～1200℃下煅燒3～5h，碾磨得超微細氧化鋁粉；隨后稱取5～10g上述超微細氧化鋁粉，2.0～3.2mL聚丙烯酸，0.5～1.0mL正辛酸，1～2mL聚醚改性硅油，20～30mL去離子水，裝入球磨機中，按球料比5：3加入研磨鋯珠，以300～400r/min球磨8～10h后，再加入10～20mL質(zhì)量分數(shù)為10%聚乙烯醇水溶液，1～2mL聚乙二醇，繼續(xù)球磨10～12h，隨后轉(zhuǎn)入真空脫泡機中真空脫泡，得氧化鋁漿料，備用；再量取40～50mL丙酮，與20～25mLN，N-二甲基甲酰胺混合均勻后，加入1.5～1.8g聚偏氟乙烯粉末，0.1～0.2g納米二氧化硅，在50～55℃恒溫水浴下，以300～400r/min攪拌1～2h，再用300W超聲波超聲分散30～40min，靜置2～3h，得聚偏氟乙烯噴涂液；取聚酰亞胺薄膜，置于干燥箱中在60～70℃下干燥1～2h，再將其置于涂布機上，并按涂布量為0.02mL/cm2將上述步驟制備的氧化鋁漿料均勻涂覆在聚酰亞胺薄膜上，自然風(fēng)干后，再將上述聚偏氟乙烯噴涂液，通過靜電噴涂裝置，以2～4mL/dm2，均勻噴涂在氧化鋁層上，隨后轉(zhuǎn)入干燥箱中，在70～80℃下干燥5～6h，即可得鋰離子電池復(fù)合隔膜。
實例1
首先稱取30g異丙醇鋁，加入100mL質(zhì)量分數(shù)為80%異丙醇溶液中，在80℃恒溫水浴下，以300r/min攪拌反應(yīng)3h，隨后裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸餾至干，得水合氧化鋁，再將水合氧化鋁置于管式爐中，在1000℃下煅燒3h，碾磨得超微細氧化鋁粉；隨后稱取5g上述超微細氧化鋁粉，2.0mL聚丙烯酸，0.5mL正辛酸，1mL聚醚改性硅油，20mL去離子水，裝入球磨機中，按球料比5：3加入研磨鋯珠，以300r/min球磨8h后，再加入10mL質(zhì)量分數(shù)為10%聚乙烯醇水溶液，1mL聚乙二醇，繼續(xù)球磨10h，隨后轉(zhuǎn)入真空脫泡機中真空脫泡，得氧化鋁漿料，備用；再量取40mL丙酮，與20mLN，N-二甲基甲酰胺混合均勻后，加入1.5g聚偏氟乙烯粉末，0.1g納米二氧化硅，在50℃恒溫水浴下，以300r/min攪拌1h，再用300W超聲波超聲分散30min，靜置2h，得聚偏氟乙烯噴涂液；取聚酰亞胺薄膜，置于干燥箱中在60℃下干燥1h，再將其置于涂布機上，并按涂布量為0.02mL/cm2將上述步驟制備的氧化鋁漿料均勻涂覆在聚酰亞胺薄膜上，自然風(fēng)干后，再將上述聚偏氟乙烯噴涂液，通過靜電噴涂裝置，以2mL/dm2，均勻噴涂在氧化鋁層上，隨后轉(zhuǎn)入干燥箱中，在70℃下干燥5h，即可得鋰離子電池復(fù)合隔膜。
經(jīng)實例檢測，本發(fā)明制得的鋰離子電池復(fù)合隔膜孔徑分布均勻，孔隙率達65%，孔徑大小為0.01μm，隔膜機械強度高，縱、橫向拉伸強度150MPa，250℃下收縮率為0.09%，膜層厚度為15μm，具有較低的高溫收縮率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，使用本發(fā)明電池隔膜的鋰電池經(jīng)循環(huán)充放電500次后，剩余電量為90%，有效延長了電池使用壽命。
實例2
首先稱取40g異丙醇鋁，加入110mL質(zhì)量分數(shù)為80%異丙醇溶液中，在85℃恒溫水浴下，以350r/min攪拌反應(yīng)4h，隨后裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸餾至干，得水合氧化鋁，再將水合氧化鋁置于管式爐中，在1100℃下煅燒4h，碾磨得超微細氧化鋁粉；隨后稱取8g上述超微細氧化鋁粉，2.6mL聚丙烯酸，0.8mL正辛酸，1.5mL聚醚改性硅油，25mL去離子水，裝入球磨機中，按球料比5：3加入研磨鋯珠，以350r/min球磨9h后，再加入15mL質(zhì)量分數(shù)為10%聚乙烯醇水溶液，1.5mL聚乙二醇，繼續(xù)球磨11h，隨后轉(zhuǎn)入真空脫泡機中真空脫泡，得氧化鋁漿料，備用；再量取45mL丙酮，與23mLN，N-二甲基甲酰胺混合均勻后，加入1.65g聚偏氟乙烯粉末，0.15g納米二氧化硅，在53℃恒溫水浴下，以350r/min攪拌1.5h，再用300W超聲波超聲分散35min，靜置2.5h，得聚偏氟乙烯噴涂液；取聚酰亞胺薄膜，置于干燥箱中在65℃下干燥1.5h，再將其置于涂布機上，并按涂布量為0.02mL/cm2將上述步驟制備的氧化鋁漿料均勻涂覆在聚酰亞胺薄膜上，自然風(fēng)干后，再將上述聚偏氟乙烯噴涂液，通過靜電噴涂裝置，以3mL/dm2，均勻噴涂在氧化鋁層上，隨后轉(zhuǎn)入干燥箱中，在75℃下干燥5.5h，即可得鋰離子電池復(fù)合隔膜。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的鋰離子電池復(fù)合隔膜孔徑分布均勻，孔隙率達73%，孔徑大小為0.05μm，隔膜機械強度高，縱、橫向拉伸強度200MPa，250℃下收縮率為0.08%，膜層厚度為27μm，具有較低的高溫收縮率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，使用本發(fā)明電池隔膜的鋰電池經(jīng)循環(huán)充放電500次后，剩余電量為92%，有效延長了電池使用壽命。
實例3
首先稱取50g異丙醇鋁，加入120mL質(zhì)量分數(shù)為80%異丙醇溶液中，在90℃恒溫水浴下，以400r/min攪拌反應(yīng)5h，隨后裝入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸餾至干，得水合氧化鋁，再將水合氧化鋁置于管式爐中，在1200℃下煅燒5h，碾磨得超微細氧化鋁粉；隨后稱取10g上述超微細氧化鋁粉，3.2mL聚丙烯酸，1.0mL正辛酸， 2mL聚醚改性硅油，30mL去離子水，裝入球磨機中，按球料比5：3加入研磨鋯珠，以400r/min球磨10h后，再加入20mL質(zhì)量分數(shù)為10%聚乙烯醇水溶液， 2mL聚乙二醇，繼續(xù)球磨12h，隨后轉(zhuǎn)入真空脫泡機中真空脫泡，得氧化鋁漿料，備用；再量取50mL丙酮，與25mLN，N-二甲基甲酰胺混合均勻后，加入1.8g聚偏氟乙烯粉末，0.2g納米二氧化硅，在55℃恒溫水浴下，以400r/min攪拌2h，再用300W超聲波超聲分散40min，靜置3h，得聚偏氟乙烯噴涂液；取聚酰亞胺薄膜，置于干燥箱中在70℃下干燥2h，再將其置于涂布機上，并按涂布量為0.02mL/cm2將上述步驟制備的氧化鋁漿料均勻涂覆在聚酰亞胺薄膜上，自然風(fēng)干后，再將上述聚偏氟乙烯噴涂液，通過靜電噴涂裝置，以4mL/dm2，均勻噴涂在氧化鋁層上，隨后轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80℃下干燥6h，即可得鋰離子電池復(fù)合隔膜。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的鋰離子電池復(fù)合隔膜孔徑分布均勻，孔隙率達80%，孔徑大小為0.1μm，隔膜機械強度高，縱、橫向拉伸強度250MPa，250℃下收縮率為1%，膜層厚度為40μm，具有較低的高溫收縮率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，使用本發(fā)明電池隔膜的鋰電池經(jīng)循環(huán)充放電500次后，剩余電量為93%，有效延長了電池使用壽命。