[發明專利]鋰二次電池用纖維素/無機微粒復合隔膜及其制造方法

無效

• 申請號: 201110434269.7
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102522517A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 崔光磊;孔慶山;劉志宏;張建軍;韓鵬獻;姚建華;徐紅霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電化學裝置用隔膜及其制造方法，更具體地，本發明涉及一種由纖維素和無機微粒復合制成的隔膜及其應用，該膜具有高耐熱性和化學穩定性。

背景技術

近年來能量存儲電化學器件受到廣泛的關注，可充電二次電池已經廣泛用作手機、攝像機、照相機、筆記本電腦等數碼產品，并且開始在電動汽車等領域使用。對于鋰離子二次電池的高功率、高容量化要求日益增強，在某些時候，鋰離子電池容易出現冒煙，著火，爆炸，甚至造成人員受傷等安全隱患，使得高容量和動力鋰離子電池還沒有廣泛應用，因而提高鋰離子電池安全性能是研發鋰離子二次電池的關鍵。鋰離子電池通常將帶狀的正極、負極和隔膜層壓并卷繞而得到，確保大的有效電極面積的螺旋狀卷繞體。隔膜基本上防止兩極的短路，并且利用其多微孔結構使離子透過可以進行電池反應，但在一些誤操作等條件下產生異常電流而導致內部溫度的上升而使樹脂隔膜發生熱變形閉塞微孔使電池反應停止。

隔膜是二次電池的重要組成部分，其性能決定了電池的界面結構、內阻、安全性等，直接影響電池的容量、循環性能等特性。性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。但是以往的二次電池隔膜制備工藝復雜、隔膜成孔不均勻且孔隙率低，從而影響二次電池的質量。現在常用的電池隔膜如聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)由于熔化溫度低于160℃(如PE隔膜的自閉溫度為135-140℃，PP隔膜的自閉溫度為160℃左右)，在某些情況下，例如外部溫度過高，放電電流過大或者電解液受熱過程中的熱慣性的情況下，即使電流被遮斷，電池的溫度也有可能繼續升高，因此隔膜可能完全被破壞而導致電池短路，從而導致電池爆炸或著火。另外，單向拉伸的PE隔膜和PP隔膜，在橫向上的拉伸強度也比縱向上拉伸強度的差很多，在電池疊片或受到意外沖擊的情況下，存在膜破裂的隱患。高容量和高功率電池內部熱量增大和溫度升高的因素很多，因此提高電池的耐高溫性能變得尤其重要。

中國專利公開號CN?101752539A公開了一種鋰離子二次電池用聚酰亞胺以及鋰離子電池，該專利根據成孔原理，一種是成孔物質與聚酰胺酸不相溶，通過使用可以與成孔物質產生反應但不與聚酰胺酸反應的物質來除去成孔物質，另外一種是與聚酰胺酸不相溶，通過采用可以溶解成孔物質但不溶解聚酰胺酸的物質，將成孔物質溶解，從而形成微孔。該專利采用的聚酰亞胺材料雖然具有良好的耐熱性能，但成本較高難以產業化應用。

中國專利公開號CN?101779311A公開了一種非水系二次電池隔膜用聚烯烴微多孔膜基材及其制備方法與應用，該發明專利是在濕法制備的多孔聚烯烴隔膜上涂覆耐高溫聚合物及包含有無機添加成分，進而通過凝固、水洗、干燥制備非水系二次電池用隔膜材料。該專利采用的聚烯烴基材耐熱性不好，而且隔膜制備工藝比較復雜。

纖維素是自然界中豐富的天然高分子材料，具有良好的耐熱性能和耐化學溶劑的性能，目前造紙工藝首先將植物纖維與化學物質一起混合蒸煮、打漿而將纖維素分散在水中，并加入大量造紙助劑，進而通過篩網將紙漿分離出濕紙，然后將濕紙干燥，纖維素通過氫鍵、范德華力等緊密結合在一起形成紙張。通過造紙工藝制備的紙張得到廣泛應用，也用作堿性電池或電解電容器的隔膜。目前通過常規造紙工藝制備的纖維素紙氣密性和強度、電化學性能等方面無法滿足二次電池用隔膜材料。本發明采用通過高度打漿分散制備的具有微纖結構的纖維素與無機微粒復合，通過造紙抄紙、軋壓制成濕紙，并通過有機溶劑置換濕紙中的水分，進而通過烘干制備隔膜。通過該方法制備的隔膜孔結構分布均勻，而且制備方便，適合于批量生產，同時耐熱性能高，尤其適用于鋰離子電池隔膜。

發明內容

目前三二次電池采用的隔膜主要為聚烯烴多孔膜材料，其耐熱性和機械穩定性不好，在某些情況下，例如外部溫度過高，放電電流過大或者電解液受熱過程中的熱慣性的情況下，即使電流被遮斷，電池的溫度也有可能繼續升高，因此隔膜可能完全被破壞而導致電池短路，從而導致電池爆炸或著火。

本發明的目的在于提供一種具有良好耐熱性和化學穩定性、機械性能的纖維素/無機微粒復合隔膜。

本發明的又一目的在于提供一種制備上述復合隔膜的方法與應用。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種纖維素/無機微粒復合隔膜，包括纖維素和無機微粒，還包括濕強劑。以復合隔膜以總重量為基礎，組成為纖維素75％～99％，無機微粒0.5％～25％，濕強劑0.5％～5％。