一种改性聚丙烯隔膜及其制备方法

本发明属于锂电池材料开发，涉及一种改性聚丙烯隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、锂具有理论容量高、开路电压高、循环寿命长的优势，被称为最有潜力突破锂离子电池能量密度瓶颈的阳极材料。锂离子电池(lithium ion batteries，libs)在工作过程中主要是基于锂离子在正负极之间的嵌入和脱嵌过程。锂电池的正极通常采用含锂的化合物，如钴酸锂、锰酸锂等，而负极则采用能够嵌入锂离子的碳材料。电解液则是由有机溶剂和锂盐等组成的溶液，用于传导锂离子。当电池充电时，正极的锂离子通过电解液迁移到负极，并嵌入到负极的碳材料中。同时，正极释放出电子，经过外电路流向负极，形成充电电流。在放电过程中，负极的锂离子脱嵌出来，经过电解液回到正极，同时电子从负极流向正极，形成放电电流，为设备供电。锂电池的充放电过程是一个动态平衡的过程，需要保持正负极之间锂离子的数量平衡。

2、而在充电过程中，锂离子从正极迁移到负极，并在负极上以金属锂的形式沉积。然而，由于锂金属的沉积过程通常并不均匀，负极表面的电位分布可能存在不均匀性。这种不均匀性导致在一些区域，电位较高，锂金属沉积相对容易，而在其他区域，电位较低，锂金属沉积相对困难。由于锂的不均匀沉积会带来锂枝晶的生长，从而缩短了libs的电池寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种改性聚丙烯隔膜及其制备方法，从而解决现有技术中锂枝晶的生长、libs的电池寿命有限的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将多巴胺和氮化硼溶解在tris-hcl缓冲溶液中，搅拌混合均匀，然后加入氧化剂，搅拌反应，制得聚多巴胺掺杂的氮化硼；

5、s2：将所述聚多巴胺掺杂的氮化硼与聚偏氟乙烯分散在n-甲基吡咯烷酮中，混合后研磨，得到混合浆料，将所述混合浆料涂覆在聚丙烯隔膜上，干燥后制得所述改性聚丙烯隔膜。

6、优选的，所述聚多巴胺掺杂的氮化硼中，氮化硼的质量百分比为10％～20％。

7、优选的，所述氧化剂为cuso4与h2o2的混合溶液。

8、优选的，步骤s1中，加入氧化剂后对反应体系超声处理10～40min后，再进行搅拌反应。

9、优选的，步骤s1中，搅拌反应的反应温度为20～25℃，反应时间为3～5h。

10、优选的，所述聚多巴胺掺杂的氮化硼与聚偏氟乙烯的质量比为(3～5):1。

11、优选的，步骤s2中，研磨时间为10～30min。

12、优选的，步骤s2中，所述干燥过程为在40～60℃下真空干燥。

13、一种改性聚丙烯隔膜，通过上述的方法制得。

14、一种锂离子电池，包括上述的一种改性聚丙烯隔膜。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

16、本发明公开一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，该方法利用聚多巴胺掺杂的氮化硼对聚丙烯隔膜进行修饰改性，改性后的隔膜具有良好的润湿性，能够使锂离子在电极表面均匀成核，有效抑制li枝晶的生长，另外该改性隔膜还为锂离子电池提供了优异的传输性能，增强了li+的迁移率，使li+能够均匀地分布在隔膜表面，改善了隔膜与电极之间的界面稳定性，进一步抑制了锂枝晶的生长。另外，由于锂离子在改性隔膜表面均匀分布，形成的锂原子在电极与改性隔膜之间形成了光滑且致密的金属锂层，防止锂枝晶向刺穿隔膜方向生长，从而提高了锂离子电池的安全性能。同时，聚多巴胺掺杂的氮化硼具有良好的导热性能和较高的机械强度，改性隔膜的分解温度、热闭孔性能、热稳定性和热收缩性能都得到有效提升。改性后的隔膜有效提高了隔膜的电解液润湿性、热稳定性和耐热性，同时降低隔膜的阻抗，提升离子电导率，以及改善电化学性能，改性后的隔膜能够使锂离子在电极表面均匀成核，有效抑制了电化学过程中锂离子形成锂枝晶。

17、进一步的，所述氧化剂为cuso4与h2o2的混合溶液，可使得多巴胺进行自聚合。

18、进一步的，所述聚多巴胺掺杂的氮化硼中，氮化硼的质量百分比为10％～20％，可使得隔膜既具有强润湿性又具有高热稳定性。

19、进一步的，步骤s1中，加入氧化剂后对反应体系超声处理10～40min后，再进行搅拌反应，可使得浆料混合均匀。

20、进一步的，搅拌反应的反应温度为20～25℃，反应时间为3～5h，可使得浆料混合均匀。

21、进一步的，步骤s2中，研磨时间为10～30min，可使得浆料涂层更加细腻且均匀。

22、进一步的，步骤s2中，所述干燥过程为在40～60℃下真空干燥，可使得隔膜能被充分干燥。

技术特征：

1.一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺掺杂的氮化硼中，氮化硼的质量百分比为10％～20％。

3.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为cuso4与h2o2的混合溶液。

4.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，加入氧化剂后对反应体系超声处理10～40min后，再进行搅拌反应。

5.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，搅拌反应的反应温度为20～25℃，反应时间为3～5h。

6.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺掺杂的氮化硼与聚偏氟乙烯的质量比为(3～5):1。

7.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，研磨时间为10～30min。

8.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯隔膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述干燥过程为在40～60℃下真空干燥。

9.一种改性聚丙烯隔膜，其特征在于，通过权利要求1～8中任意一项所述的方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9中所述的一种改性聚丙烯隔膜。

技术总结
本发明公开一种改性聚丙烯隔膜及其制备方法，该方法将多巴胺和氮化硼溶解在Tris‑HCl缓冲溶液中，搅拌混合均匀，然后加入氧化剂，搅拌反应，制得聚多巴胺掺杂的氮化硼；将所述聚多巴胺掺杂的氮化硼与聚偏氟乙烯分散在N‑甲基吡咯烷酮中，混合后研磨，得到混合浆料，将所述混合浆料涂覆在聚丙烯隔膜上，干燥后制得所述改性聚丙烯隔膜。改性后的隔膜有效提高了隔膜的电解液润湿性、热稳定性和耐热性，同时降低隔膜的阻抗，提升离子电导率，以及改善电化学性能，改性后的隔膜能够使锂离子在电极表面均匀成核，有效抑制了电化学过程中锂离子形成锂枝晶。

技术研发人员：王海花,王洁,费贵强,牛慧祝,韩允,曹瑞,黎小松,李嘉恒
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15