本技术公开了一种改性高性能锂电池隔膜及其制备方法,涉及锂电池隔膜技术领域。本发明采用乙烯‑乙烯醇聚合物对现有的亲电解液性能较差的商业化聚烯烃锂离子电池隔膜进行涂覆改性,在不损失隔膜力学性能及热稳定性能的前提下有效提升了隔膜的电化学性能;其中,乙烯‑乙烯醇共聚物中的乙烯醇单元携带丰富的侧羟基,可以为隔膜带来优异的亲电解液性能,通过简单的浸没‑沉淀相分离形成双连续网络结构的涂覆层,这种富有大量联通孔洞的结构有助于提升隔膜整体孔隙率,提供更多储存电解液的空间,提升隔膜的电解液吸收率,从而提高隔膜在电化学性能上的表现。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息,并且可能不构成现有技术。
锂离子电池因为能量密度较高,自放电率低,无记忆效应等优点已逐渐成为全球范围内使用最为广泛的储能系统。隔膜作为锂离子电池中的组件之一,虽然不参与电化学反应,却起到了至关重要的作用,不仅能够隔绝正负极接触,还为锂离子的输运提供了必要通道。
自从第一块商业化锂离子电池诞生以来,聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯)微孔膜一直占据着锂离子电池商业化隔膜市场的半壁江山,这得益于它低廉的价格,良好的化学和电化学稳定性,优异的力学强度等。但由于其自身固有的低极性特点,使得电解液很难完全浸润隔膜,因此隔膜内部存在着未被电解液填充完全的孔道,这会使得锂离子在通过隔膜时受到较大的阻力,限制了隔膜在电化学性能上的表现。因此,单纯的聚烯烃隔膜已经越发无法满足人们日益提升的对更高能量密度及快速充放电的性能需求。对聚烯烃隔膜进行改性成为了制备改性高性能锂离子电池隔膜的必要手段之一。
人们开发了很多方法对隔膜进行改性,以增加其表面润湿性,例如表面等离子体处理,表面化学接枝等,但由于实施难度及对成本的考量,使用最广泛的还是表面涂覆技术。无机纳米粒子经常被用于聚烯烃隔膜的表面涂覆,在与胶黏剂,溶剂配制成一定比例的涂覆液后均匀地涂覆至隔膜表面,隔膜的润湿性得到大幅改善。但是无机纳米粒子在涂覆使用过程中也存在一些潜在的局限性。首先,这些颗粒在电池的循环使用中容易从隔膜表面脱落,从而可能堵塞隔膜的孔隙,阻碍电解液的流动,甚至引发电池的局部失效。此外,改性层的孔道通常由无机纳米粒子随机堆积形成,这样的孔隙结构可能无法提供锂离子高效输运所需的理想通道,进而影响离子导电性和电池整体性能。更为重要的是,无机纳米粒子层可能导致隔膜与电极之间接触不良,增加界面阻抗,限制了电池的充放电效率与稳定性。上述因素均会对电池的综合性能带来一定的不良影响,亟需通过改性手段加以优化。
为了克服无机纳米粒子在涂覆改性中的局限性,聚合物基改性方法逐渐成为研究的热点。聚合物材料具有良好的柔韧性和粘附性,能够在隔膜表面形成均匀而稳定的改性层,有效减少颗粒脱落和孔隙堵塞的问题。此外,聚合物材料的可调控性使其能够优化孔道结构,提升锂离子在隔膜中的输运效率。乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)由于其独特的亲水性、良好的机械性能以及化学稳定性,成为改性隔膜的理想选择。EVOH在涂覆隔膜后,能够显著改善隔膜的电解液润湿性和热稳定性,同时通过其多孔结构促进锂离子的传导,进一步提升电池的电化学性能。这种聚合物改性策略为高性能锂离子电池隔膜的开发提供了新的思路和方法。
实现思路