一种磁控溅射制备锂离子电池复合隔膜的方法

本发明属于锂离子电池的隔膜材料领域，具体涉及一种在高分子微孔隔膜表面镀无机材料，再通过多巴胺在隔膜表面自聚合而制得复合隔膜的方法。

背景技术：

1、传统化石能源的大量使用不仅导致环境污染，还加剧了全球能源危机。因此，新能源的发展显得尤为重要。锂离子电池作为一种环保和高效能源解决方案，逐渐在电子通讯设备、电动车等领域大规模应用。隔膜材料是锂离子电池的核心部件之一，其主要作用有两个，一是隔绝正极和负极，防止电池短路；二是为离子传输提供途径。

2、目前商业化的隔膜主要是聚烯烃类隔膜，如聚乙烯隔膜pe，聚丙烯隔膜pp，以及聚烯烃复合隔膜pp/pe/pp。聚烯烃类隔膜具有化学稳定性好，机械强度高，成本低，工艺简单等优点。然而pp和pe极性低，与常用的碳酸酯类和酯类等高极性溶剂的润湿性较差。此外，pe隔膜的熔点低，在电池工作过程中可能会因温度升高而受热收缩，从而导致电池短路，并引发安全事故。因此，聚烯烃隔膜在高温环境下的使用遭到限制。

3、基于聚烯烃隔膜润湿性能差，熔点低的特性，通常需要对隔膜进行改性。改性的方式包含表面涂层，表面改性，掺杂无机粒子等。其中，在隔膜表面涂覆无机材料是一种有效的方式，无机涂层如sio2，tio2，al2o3，zro2等材料不仅能提高隔膜的亲水性能，还可以提高材料的热稳定性。传统的无机材料涂层方式是将无机粒子与溶剂，粘结剂混合，并通过刮涂或浸涂的方式将无机涂层涂布于隔膜上，再进行烘干处理。这样的制备方法得到的隔膜厚度会有较大幅度的增加，电池的性能也会相应的有所降低，此外，隔膜与无机粒子之间的结合力较弱，在电池后续的工作过程中，可能会发生脱落，堵塞孔隙等问题，对电池造成不利影响。

技术实现思路

1、基于聚烯烃类隔膜的缺陷，本发明目的在于提供一种由磁控溅射制备的高分子隔膜、无机材料薄膜组成的复合隔膜的方法，随后再通过多巴胺自聚合进行表面处理，经改性后，隔膜亲水性明显提高，接触角有效降低，且该法操作简单，成本低。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种磁控溅射制备复合隔膜的方法，高分子微孔隔膜以pe为例，无机材料以zro2为例，具体步骤如下：

4、步骤1.pe微孔膜预处理：将pe隔膜在乙醇溶液中浸泡530min；再用去离子水清洗除去乙醇；最后在30-80℃下干燥5-20h，得到清洗干净的pe微孔膜。

5、步骤2.靶材的预处理：将zro2靶材用丙酮擦拭多次，再用80％-98％乙醇擦拭，吹干。

6、步骤3.磁控溅射处理：将预处理后的pe隔膜和zro2靶材放入磁控溅射镀膜机，将射频溅射靶置于氩气气氛中，在磁溅射时间30-180s，磁溅射功率20-100w，溅射压强0.2-1.0pa条件下进行磁溅射，得到zro2/pe复合隔膜。

7、步骤4.以无水甲醇和tris-hcl(ph＝8.5)为溶剂(vol：vol＝1：1)，配置浓度为2-20mm的多巴胺溶

8、液，将清洗干净的pe隔膜浸泡在多巴胺溶液中2-24h，之后于40-80℃下干燥2-24h，得到pda/zro2/pe复合隔膜。

9、与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

10、(1)pda/zro2/pe隔膜亲水性显著提升，接触角有效降低，电化学性能得到提升。

11、(2)zro2无机层提高了隔膜的机械强度，可以有效避免锂离子电池在充放电过程中产生的锂枝晶刺穿隔膜。

12、(3)本发明利用磁控溅射法制备复合隔膜，方法简单且易于控制zro2负载量。

13、(4)与传统刮涂或浸涂法相比，本发明所采用的磁控溅射法镀zro2薄膜厚度远低于传统刮涂法，有利于锂离子电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种磁控溅射制备锂离子电池复合隔膜的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的磁控溅射制备复合隔膜的方法，其特征在于，所述隔膜为聚乙烯(pe)，聚丙烯(pp)，聚偏二氟乙烯(pvdf)，聚丙烯腈(pan)，聚四氟乙烯(ptfe)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)多孔膜中的一种或几种，所述无机材料为al2o3，tio2，sio2，zro2，ceo2中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射制备复合隔膜的方法，其特征在于，无机材料靶材预处理：将无机靶材用丙酮反复擦拭，再用80％-98％乙醇擦拭，最后吹干；隔膜预处理：将隔膜浸泡在无水乙醇中，取出后用去离子水清洗并干燥。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射制备复合隔膜的方法，其特征在于，隔膜表面改性：配置浓度为2-20mm的多巴胺溶液，溶剂为tris-hcl(ph＝8.5)：无水甲醇((vol：vol＝1：1)，将隔膜浸入多巴胺溶液中2-24h，之后于4080℃下干燥2-24h。

5.根据权利要求1所述的磁控溅射制备复合隔膜的方法，其特征在于，所述的磁溅射采用磁控溅射镀膜机。

技术总结本发明公开了一种磁控溅射制备锂离子电池复合隔膜的方法。该方法具体如下；先采用磁控溅射法并通过控制溅射时间、溅射功率等条件在隔膜的表面溅射无机材料，之后通过Tris‑HCl(pH=8.5)和盐酸多巴胺对隔膜进行表面改性，得到由聚多巴胺包被的复合隔膜。本发明制备的复合隔膜工艺简单，成本低廉，无污染，耗材少，并且经改性后的复合隔膜水接触角为22°，远低于普通商用PE隔膜的114°，并且由于磁控溅射工艺特性，无机材料薄膜厚度可控，避免隔膜出现因厚度大幅增加而导致其电化学性能受损的问题，可应用于锂离子电池。技术研发人员：杨加志,闫泽明,李文萍受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14