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CN111799499B - 热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池 - Google Patents

热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池 Download PDF

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CN111799499B CN202010462334.6A CN202010462334A CN111799499B CN 111799499 B CN111799499 B CN 111799499B CN 202010462334 A CN202010462334 A CN 202010462334A CN 111799499 B CN111799499 B CN 111799499B
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Abstract

本发明公开了一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，所述隔膜包括两个基膜层、以及夹设于两个基膜层之间的陶瓷纤维层；所述陶瓷纤维层的外表面上焊接有纳米颗粒，其由聚多巴胺包覆纳米二氧化硅组成。本发明通过设置兼具良好机械强度、优异的耐高温性能、较高的透气性和润湿性的隔膜，进而提高锂电池使用的安全性。

Description

热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域。更具体地说，本发明涉及一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池。
背景技术
锂离子电池凭其电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、循环次数多、寿命长等诸多优点在充电电池中脱颖而出，锂离子电池的应用领域不断扩大，已经渗透到了汽车、航天、数码设备以及日常生活的小设备，例如可外出携带、具有加热功能的热水壶也有用锂离子电池，可满足外出快速获取热水的需求，为了保证人们使用的安全性，锂离子电池的各部件的材料性能受到了广泛关注，作为锂离子电池的核心部件的隔膜，其性能的优劣直接影响锂电池的安全性能的好坏。
现有的锂电池隔膜多存在强度低、耐高温差等缺陷，在充放电过程中极易出现隔膜被击穿或卷曲使得正负极直接接触，导致电池短路，进而引起电池爆炸，导致安全事故的发生。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其通过设置兼具良好机械强度、优异的耐高温性能、较高的透气性和润湿性的隔膜，进而提高锂电池使用的安全性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，所述隔膜包括两个基膜层、以及夹设于两个基膜层之间的陶瓷纤维层；所述陶瓷纤维层的外表面上焊接有纳米颗粒，其由聚多巴胺包覆纳米二氧化硅组成。
优选的是，所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，所述纳米颗粒的制备方法为：
按重量份数计，将50～60份的无水乙醇和0.8～1份的去离子水加入反应容器中，并置于超声仪中处理，20min后在超声震荡下，向反应容器中加入2～2.5份的正硅酸乙酯，继续震荡20min后用浓度为0.1mol/L盐酸将反应容器中的混合液的PH调至4，并向反应容器中加入0.4～0.5份的硅烷偶联剂，其加入速度为0.5g/min，加入完成后将反应容器中的混合液加热至40℃，搅拌下反应6h后用浓度为0.05mol/L的氨水将反应容器中的反应体系的PH调至8，向反应体系中滴加浓度为5mg/L的多巴胺溶液，加入速度为1mL/min；多巴胺溶液加入完成后继续搅拌2h后停止反应，干燥、粉碎，并用无水乙醇洗涤1～3次，然后置于80℃的真空干燥箱中干燥24h，得纳米二氧化硅与聚多巴胺的包覆物；其中，多巴胺溶液与正硅酸乙酯的重量比为1.5:1。
优选的是，所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，所述基膜层的制备方法为：
步骤一、按重量份数计，8～10份的聚酰胺酸、0.1～0.2份的纳米勃姆石、0.1～0.2份的纳米氧化钡分散于60～80份的DMF中，于400～500r/min的转速下，搅拌120～150min后置于超声仪中震荡处理40～50min，得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝2h得聚酰胺酸纤维薄膜；
步骤二、将聚酰胺酸纤维薄膜置于氮气氛围的管式炉中进行高温炭化处理，得炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜；
步骤三、将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂加入烧杯中，向烧杯中加入去离子水充分搅拌混匀，然后将炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜浸泡于烧杯中，磁力搅拌20～30h后取出，用无水乙醇洗涤炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜1～3次，自然晾干即得所述基膜层；其中多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂与去离子水的重量比为1:2～5:90～100。
优选的是，所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，步骤一中的纳米勃姆石经过了改性处理，具体为：按重量份计，将4.5～5份的纳米勃姆石均匀的分散于无水乙醇中，超声震荡下，向无水乙醇中加入0.05～0.1份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.025～0.05份的十二烷基三甲氧基硅烷，60℃下反应30min后升温至150℃，继续反应15min后抽滤去除无水乙醇溶剂，将滤渣至于温度为110℃的烘箱中，烘干4h后取出，研磨成粉，即得改性纳米勃姆石。
优选的是，所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，步骤一中，静电纺丝条件为：推液速度0.002mm/s、接收距离14～18cm，电压20～24kv的条件下静电纺丝2h。
优选的是，所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，步骤二中，炭化处理包括一级炭化和二级炭化，一级炭化温度为400～500℃，时间为1～2h，保留0.5～1h，二级炭化温度为600～800℃，时间为1～3h，保留1～2h。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明通过设置兼具良好机械强度、优异的耐高温性能、较高的透气性和润湿性的隔膜，进而提高锂电池使用的安全性；
2、本发明的陶瓷纤维层对两个基膜起到支撑和隔热的作用，如其中一侧温度过高，导致相邻的基膜受损或变形，其中一侧的电子渗入其中一个基膜中，陶瓷纤维层可减缓从其中一侧的基膜到另一基膜的热量传递，陶瓷纤维层和另一基膜起到对电子或热量的阻断的作用，避免正负极的直接接触，大大提高隔膜的整体耐热性；陶瓷纤维层本身也是多孔结构，具有较好的吸液保液的性能，进而增强基膜的吸液保液性，继而大大提高电池充、放电速率等性能；同时在陶瓷纤维层的表面焊接聚多巴胺包覆纳米二氧化硅的纳米颗粒，多孔结构的聚多巴胺内部填充二氧化硅，具有丰富的孔道结构和较高的孔隙率，具有良好的透气性，利于电解液的吸收和保持，提高了陶瓷纤维层表面与电解液间的亲和性，进而提高陶瓷纤维层的表面的润湿性、吸液保液性，从而达到提高隔膜的润湿性和吸液保液性能，最终达到提高锂电池充放电效率的目的；同时二氧化硅还可提高陶瓷纤维层的力学强度，进而提高隔膜的机械强度；
3、在二氧化硅原位生成的同时对二氧化硅进行硅烷改性，并在二氧化硅改性生成的体系中加入多巴胺，多巴胺在弱碱性环境下可发生自聚，硅烷改性和多巴胺的加入可避免二氧化硅形成过程中的团聚，经过改性的二氧化硅能够更好的与聚多巴胺结合，二氧化硅能够更加均匀的分散于聚多巴胺中，进而提高纳米颗粒的润湿性、机械强度等综合性能；
4、勃姆石颗粒表面的极性基团，勃姆石还具有优异的导热性能，配合纳米氧化钡可提高基膜的拉伸强度和断裂伸长率，同时基膜的耐热性、耐磨性也得到了提高；本发明通过在纺丝液中加入纳米勃姆石、纳米氧化钡，进行静电纺丝，可大大提高基膜的力学强度、热稳定性，同时还可提高基膜的孔隙率和孔隙尺寸，进而提高基膜的吸液率，达到提高隔膜的热稳定性、力学强度、吸液率、电学稳定性的技术效果，进而使得制备得到的锂电池的具有优异的耐热性能、高倍率容量和良好的循环可逆性，保证锂电池使用的安全可靠性；
5、将静电纺丝得到的聚酰胺酸纤维薄膜进行高温炭化，可大大提高聚酰胺酸纤维薄膜的孔隙率和孔隙尺寸，随后将炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜进入多巴胺溶液中，多巴胺在聚酰胺酸纤维薄膜上原位聚合，形成网状结构的聚多巴胺，增加聚酰胺酸纤维薄膜与电解液的亲和性，进而提高基膜的吸液保液性能，同时还可提高基膜的热稳定性和电学稳定性；
6、对勃姆石进行表面改性，避免勃姆石在纺丝液中的团聚，使得勃姆石能够更加均匀的分散于纺丝液中，使得勃姆石的优异性能发挥至最大。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
<实施例1>
本发明提供一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括两个基膜层、以及夹设于两个基膜层之间的陶瓷纤维层；所述陶瓷纤维层的外表面上焊接有纳米颗粒，其由聚多巴胺包覆纳米二氧化硅组成。
所述纳米颗粒的制备方法为：
按重量份数计，将50份的无水乙醇和0.8份的去离子水加入反应容器中，并置于超声仪中处理，20min后在超声震荡下，向反应容器中加入2份的正硅酸乙酯，继续震荡20min后用浓度为0.1mol/L盐酸将反应容器中的混合液的PH调至4，并向反应容器中加入0.4份的硅烷偶联剂，其加入速度为0.5g/min，加入完成后将反应容器中的混合液加热至40℃，搅拌下反应6h后用浓度为0.05mol/L的氨水将反应容器中的反应体系的PH调至8，向反应体系中滴加浓度为5mg/L的多巴胺溶液，加入速度为1mL/min；多巴胺溶液加入完成后继续搅拌2h后停止反应，干燥、粉碎，并用无水乙醇洗涤1次，然后置于80℃的真空干燥箱中干燥24h，得纳米二氧化硅与聚多巴胺的包覆物；其中，多巴胺溶液与正硅酸乙酯的重量比为1.5:1。
所述基膜层的制备方法为：
步骤一、按重量份数计，8份的聚酰胺酸、0.1份的纳米勃姆石、0.1份的纳米氧化钡分散于60份的DMF中，于400r/min的转速下，搅拌120min后置于超声仪中震荡处理40min，得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝2h得聚酰胺酸纤维薄膜；静电纺丝条件为：推液速度0.002mm/s、接收距离14cm，电压20kv的条件下静电纺丝2h；
其中，纳米勃姆石经过了改性处理，具体为：按重量份计，将4.5份的纳米勃姆石均匀的分散于无水乙醇中，超声震荡下，向无水乙醇中加入0.05份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.025份的十二烷基三甲氧基硅烷，60℃下反应30min后升温至150℃，继续反应15min后抽滤去除无水乙醇溶剂，将滤渣至于温度为110℃的烘箱中，烘干4h后取出，研磨成粉，即得改性纳米勃姆石；
步骤二、将聚酰胺酸纤维薄膜置于氮气氛围的管式炉中进行高温炭化处理，得炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜；炭化处理包括一级炭化和二级炭化，一级炭化温度为400℃，时间为1h，保留0.5h，二级炭化温度为600℃，时间为1h，保留1h；
步骤三、将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂加入烧杯中，向烧杯中加入去离子水充分搅拌混匀，然后将炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜浸泡于烧杯中，磁力搅拌20h后取出，用无水乙醇洗涤炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜1次，自然晾干即得所述基膜层；其中多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂与去离子水的重量比为1:2:90。
<实施例2>
本发明提供一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括两个基膜层、以及夹设于两个基膜层之间的陶瓷纤维层；所述陶瓷纤维层的外表面上焊接有纳米颗粒，其由聚多巴胺包覆纳米二氧化硅组成。
所述纳米颗粒的制备方法为：
按重量份数计，将60份的无水乙醇和1份的去离子水加入反应容器中，并置于超声仪中处理，20min后在超声震荡下，向反应容器中加入2.5份的正硅酸乙酯，继续震荡20min后用浓度为0.1mol/L盐酸将反应容器中的混合液的PH调至4，并向反应容器中加入0.5份的硅烷偶联剂，其加入速度为0.5g/min，加入完成后将反应容器中的混合液加热至40℃，搅拌下反应6h后用浓度为0.05mol/L的氨水将反应容器中的反应体系的PH调至8，向反应体系中滴加浓度为5mg/L的多巴胺溶液，加入速度为1mL/min；多巴胺溶液加入完成后继续搅拌2h后停止反应，干燥、粉碎，并用无水乙醇洗涤3次，然后置于80℃的真空干燥箱中干燥24h，得纳米二氧化硅与聚多巴胺的包覆物；其中，多巴胺溶液与正硅酸乙酯的重量比为1.5:1。
所述基膜层的制备方法为：
步骤一、按重量份数计，10份的聚酰胺酸、0.2份的纳米勃姆石、0.2份的纳米氧化钡分散于80份的DMF中，于500r/min的转速下，搅拌150min后置于超声仪中震荡处理50min，得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝2h得聚酰胺酸纤维薄膜；静电纺丝条件为：推液速度0.002mm/s、接收距离18cm，电压24kv的条件下静电纺丝2h；
其中，纳米勃姆石经过了改性处理，具体为：按重量份计，将5份的纳米勃姆石均匀的分散于无水乙醇中，超声震荡下，向无水乙醇中加入0.1份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.05份的十二烷基三甲氧基硅烷，60℃下反应30min后升温至150℃，继续反应15min后抽滤去除无水乙醇溶剂，将滤渣至于温度为110℃的烘箱中，烘干4h后取出，研磨成粉，即得改性纳米勃姆石；
步骤二、将聚酰胺酸纤维薄膜置于氮气氛围的管式炉中进行高温炭化处理，得炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜；炭化处理包括一级炭化和二级炭化，一级炭化温度为500℃，时间为2h，保留1h，二级炭化温度为800℃，时间为3h，保留2h；
步骤三、将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂加入烧杯中，向烧杯中加入去离子水充分搅拌混匀，然后将炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜浸泡于烧杯中，磁力搅拌30h后取出，用无水乙醇洗涤炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜3次，自然晾干即得所述基膜层；其中多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂与去离子水的重量比为1:5:100。
<实施例3>
本发明提供一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括两个基膜层、以及夹设于两个基膜层之间的陶瓷纤维层；所述陶瓷纤维层的外表面上焊接有纳米颗粒，其由聚多巴胺包覆纳米二氧化硅组成。
所述纳米颗粒的制备方法为：
按重量份数计，将55份的无水乙醇和0.9份的去离子水加入反应容器中，并置于超声仪中处理，20min后在超声震荡下，向反应容器中加入2.3份的正硅酸乙酯，继续震荡20min后用浓度为0.1mol/L盐酸将反应容器中的混合液的PH调至4，并向反应容器中加入0.45份的硅烷偶联剂，其加入速度为0.5g/min，加入完成后将反应容器中的混合液加热至40℃，搅拌下反应6h后用浓度为0.05mol/L的氨水将反应容器中的反应体系的PH调至8，向反应体系中滴加浓度为5mg/L的多巴胺溶液，加入速度为1mL/min；多巴胺溶液加入完成后继续搅拌2h后停止反应，干燥、粉碎，并用无水乙醇洗涤2次，然后置于80℃的真空干燥箱中干燥24h，得纳米二氧化硅与聚多巴胺的包覆物；其中，多巴胺溶液与正硅酸乙酯的重量比为1.5:1。
所述基膜层的制备方法为：
步骤一、按重量份数计，9份的聚酰胺酸、0.15份的纳米勃姆石、0.15份的纳米氧化钡分散于70份的DMF中，于450r/min的转速下，搅拌130min后置于超声仪中震荡处理45min，得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝2h得聚酰胺酸纤维薄膜；静电纺丝条件为：推液速度0.002mm/s、接收距离16cm，电压22kv的条件下静电纺丝2h；
其中，纳米勃姆石经过了改性处理，具体为：按重量份计，将4.8份的纳米勃姆石均匀的分散于无水乙醇中，超声震荡下，向无水乙醇中加入0.05～0.1份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.037份的十二烷基三甲氧基硅烷，60℃下反应30min后升温至150℃，继续反应15min后抽滤去除无水乙醇溶剂，将滤渣至于温度为110℃的烘箱中，烘干4h后取出，研磨成粉，即得改性纳米勃姆石；
步骤二、将聚酰胺酸纤维薄膜置于氮气氛围的管式炉中进行高温炭化处理，得炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜；炭化处理包括一级炭化和二级炭化，一级炭化温度为450℃，时间为1.5h，保留0.8h，二级炭化温度为700℃，时间为2h，保留1.5h；
步骤三、将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂加入烧杯中，向烧杯中加入去离子水充分搅拌混匀，然后将炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜浸泡于烧杯中，磁力搅拌25h后取出，用无水乙醇洗涤炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜2次，自然晾干即得所述基膜层；其中多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂与去离子水的重量比为1:4:95。
<对比例1>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，所述隔膜包括一个基膜层和陶瓷纤维层；其余条件和参数同实施例3。
<对比例2>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，所述隔膜包括两个基膜层(无陶瓷纤维层且无纳米颗粒)；其余条件和参数同实施例3。
<对比例3>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，所述隔膜包括两个基膜层(无陶瓷纤维层)，并在两个基膜之间设置纳米颗粒；其余条件和参数同实施例3。
<对比例4>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，陶瓷纤维层的外表面上焊接有等量的纳米硅藻土，其余条件和参数同实施例3。
<对比例5>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，陶瓷纤维层的外表面上不设置纳米颗粒，其余条件和参数同实施例3。
<对比例6>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，纳米颗粒的制备方法为：将纳米二氧化硅均匀的分散于去离子水中，用浓度为0.05mol/L的氨水将反应容器中的反应体系的PH调至8，向反应体系中滴加浓度为5mg/L的多巴胺溶液，加入速度为1mL/min；多巴胺溶液加入完成后继续搅拌2h后停止反应，干燥、粉碎，并用无水乙醇洗涤1次，然后置于80℃的真空干燥箱中干燥24h，得纳米二氧化硅与聚多巴胺的包覆物，其中包覆物中的包覆率同实施例3的包覆物的包覆率；其余条件和参数同实施例3。
<对比例7>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，基膜层的制备方法中，不加入纳米勃姆石、纳米氧化钡；其余条件和参数同实施例3。
<对比例8>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，基膜层的制备方法中，纳米勃姆石不经过改性处理；其余条件和参数同实施例3。
<对比例9>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，基膜层的制备方法中，聚酰胺酸纤维薄膜不经过炭化处理(即无步骤二)；其余条件和参数同实施例3。
<对比例10>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，与实施例3的不同在于，基膜层的制备方法中，炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜即为基膜层(即无步骤三)；其余条件和参数同实施例3。
<对比例11>
一种热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，隔膜选用两个常规聚酰胺酸纤维薄膜作为基膜层，常规的陶瓷纤维作为陶瓷纤维层，将陶瓷纤维层夹设于两个基膜层之间形成隔膜。
<试验例>
对实施例1～3和对比例1～11中的隔膜分别进行如下各项性能测试(测试结果统计于表1中)：
拉伸强度(在万能力学测试试验机进行测试，标准采用《GB/T1040.32-2006塑料拉伸性能的测试》)；
穿刺强度：测试标准为《GB/T21302-2007包装用复合膜、袋通用则6.5.5》采用一个没有锐边缘的直径为1mm的针，在穿刺强度测试仪上以3m/min速度刺向环状固定的薄膜，记录穿刺薄膜所需要的最大力，即为穿刺强度/g；
吸液率：将质量为m0的隔膜置于LiPF6/EC/DMC/DEC(EC、DMC、DEC的质量比为1:1:1)的电解质溶液中浸泡2h，取出后用滤纸吸干隔膜表面残留的电解液，用电子天平称量浸泡后的隔膜的质量为m1，计算吸液率K，【K＝(m1-m0)/m0×100】，整个操作过程在真空手套箱中完成；
热收缩率：将制备得到的隔膜裁剪成4cm×4cm的方片，并用两张不锈钢钢钢板将隔膜方片夹住，随后放入250℃的恒温槽内放置30min后取出，测定隔膜方片的长度L1，将其与原隔膜方片的长度L0进行比较，计算热收缩率MD(纵向收缩率)＝(L0-L1)/L0×100。
表1隔膜性能测试结果
项目 拉伸强度/Mpa 穿刺强度/g 吸液率/％ 热收缩率/％
实施例1 179 780 280 0
实施例2 178 779 279 0
实施例3 179 780 278 0
对比例1 117 689 178 5.1
对比例2 96 561 116 12.1
对比例3 108 587 132 9.8
对比例4 152 739 243 2.6
对比例5 137 718 220 3.5
对比例6 164 756 259 1.9
对比例7 115 698 198 4.9
对比例8 171 772 268 1.2
对比例9 121 707 167 1.4
对比例10 128 721 154 1.7
对比例11 54 389 87 98
由表1数据可知，实施例1～3制备得到的隔膜的各项性能明显优于对比例1～11，尤其是显著优于对比例11(常规材料制得的隔膜组装成的锂离子电池)；对比例1～6与实施例3对比可知，双层基膜中夹设焊接有纳米颗粒的陶瓷纤维层，并采用本发明制备得到的纳米颗粒，可大大提高隔膜的耐热性(热收缩率)、机械强度(拉伸强度和穿刺强度)以及吸液保液性(吸液率)；对比例7～10与实施例3可知，采用本发明提供的基膜制备方法得到的基膜对提高隔膜各项性能具有显著效果。
将实施例1～3和对比例1～11制备得到的隔膜、同锂离子电池用的正极、负极材料，按照同样的方法组装成锂离子电池【将正极、负极与隔膜依次叠层并卷绕好后纳入4.0mm×34mm×46mm的方形铝壳中。所述隔膜分别为由实施例1-3和对比例1-11中制得的隔膜。将溶剂(碳酸亚乙酯：甲基乙基碳酸酯：碳酸二乙酯(EC/EMC/DEC)体积比为1:1:1)中含有1摩尔的六氟磷酸锂(LiPF6)的电解液约2.4克注入方形铝壳中，并按照常规方式陈化，密封电池铝壳即得到锂离子电池。该电池的设计容量为750毫安时】；并对上述锂离子电池的耐高温性能和电池寿命进行测试，结果如表2所示；
电池的耐高温性能的测试方法：将电池进行1C充电到100％充电态，放置在烘箱中，将烘箱温度以5℃/min的速率逐步升高，分别记录180℃、200℃下电池情况，以电池电压跌落大于0.2伏视为短路。
电池寿命测试方法：将锂离子电池于常温下(25℃±5℃)进行循环充放电500次，记录电池剩余电量(剩余电量越高，电池寿命越长)。
表2锂电池性能测试结果
编号 180℃ 200℃ 剩余电量/％
实施例1 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 96
实施例2 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 95
实施例3 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 95
对比例1 未出现短路及爆炸现象 出现短路但未爆炸现象 81
对比例2 出现短路但未爆炸现象 出现短路及爆炸现象 68
对比例3 出现短路但未爆炸现象 出现短路及爆炸现象 72
对比例4 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 89
对比例5 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 85
对比例6 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 91
对比例7 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 81
对比例8 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 92
对比例9 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 82
对比例10 未出现短路及爆炸现象 未出现短路及爆炸现象 84
对比例11 出现短路并发生爆炸现象 出现短路并发生爆炸现象 45
由表2数据可知，实施例1～3制备得到的锂离子电池具有优异的耐温性能，较长的使用寿命，尤其是明显优于对比例11(常规材料制得的隔膜组装成的锂离子电池)；对比例1～6与实施例3对比可知，双层基膜中夹设焊接有纳米颗粒的陶瓷纤维层，并采用本发明制备得到的纳米颗粒，可大大提高锂离子电池的耐温性能和使用寿命；对比例7～10与实施例3可知，采用本发明提供的基膜制备方法得到的基膜对提高电池的耐温性能和使用寿命具有显著效果。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (3)

1.热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其包括正极、负极以及将正极和负极分隔开的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括从两个基膜层、以及夹设于两个基膜层之间的陶瓷纤维层；所述陶瓷纤维层的外表面上焊接有纳米颗粒，其由聚多巴胺包覆纳米二氧化硅组成；
所述纳米颗粒的制备方法为：
按重量份数计，将50～60份的无水乙醇和0.8～1份的去离子水加入反应容器中，并置于超声仪中处理，20min后在超声震荡下，向反应容器中加入2～2.5份的正硅酸乙酯，继续震荡20min后用浓度为0.1mol/L盐酸将反应容器中的混合液的PH调至4，并向反应容器中加入0.4～0.5份的硅烷偶联剂，其加入速度为0.5g/min，加入完成后将反应容器中的混合液加热至40℃，搅拌下反应6h后用浓度为0.05mol/L的氨水将反应容器中的反应体系的PH调至8，向反应体系中滴加浓度为5mg/L的多巴胺溶液，加入速度为1mL/min；多巴胺溶液加入完成后继续搅拌2h后停止反应，干燥、粉碎，并用无水乙醇洗涤1～3次，然后置于80℃的真空干燥箱中干燥24h，得纳米二氧化硅与聚多巴胺的包覆物；其中，多巴胺溶液与正硅酸乙酯的重量比为1.5:1；
所述基膜层的制备方法为：
步骤一、按重量份数计，8～10份的聚酰胺酸、0.1～0.2份的纳米勃姆石、0.1～0.2份的纳米氧化钡分散于60～80份的DMF中，于400～500r/min的转速下，搅拌120～150min后置于超声仪中震荡处理40～50min，得纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝2h得聚酰胺酸纤维薄膜；
步骤二、将聚酰胺酸纤维薄膜置于氮气氛围的管式炉中进行高温炭化处理，得炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜；
步骤三、将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂加入烧杯中，向烧杯中加入去离子水充分搅拌混匀，然后将炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜浸泡于烧杯中，磁力搅拌20～30h后取出，用无水乙醇洗涤炭化后的聚酰胺酸纤维薄膜1～3次，自然晾干即得所述基膜层；其中多巴胺、三羟甲基氨基甲烷试剂与去离子水的重量比为1:2～5:90～100；
步骤一中的纳米勃姆石经过了改性处理，具体为：按重量份计，将4.5～5份的纳米勃姆石均匀的分散于无水乙醇中，超声震荡下，向无水乙醇中加入0.05～0.1份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.025～0.05份的十二烷基三甲氧基硅烷，60℃下反应30min后升温至150℃，继续反应15min后抽滤去除无水乙醇溶剂，将滤渣至于温度为110℃的烘箱中，烘干4h后取出，研磨成粉，即得改性纳米勃姆石。
2.如权利要求1所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其特征在于，步骤一中，静电纺丝条件为：推液速度0.002mm/s、接收距离14～18cm，电压20～24kv的条件下静电纺丝2h。
3.如权利要求2所述的热水壶用的磷酸铁锂锂离子电池，其特征在于，步骤二中，炭化处理包括一级炭化和二级炭化，一级炭化温度为400～500℃，时间为1～2h，保留0.5～1h，二级炭化温度为600～800℃，时间为1～3h，保留1～2h。
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