[發明專利]耐高溫復合隔離膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210160555.3
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102751460A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 顧方明;鄭泓
• 申請（專利權）人: 杭州福膜新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;C08L81/02;C08L67/02;C08L77/06;C08L25/10;C08L23/14;C08J5/18
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及特種膜制備技術領域，特別涉及一種適用于鋰離子電池中作為隔離膜使用的耐高溫復合隔離膜及其制備方法。

背景技術

隨著新能源產業的展開，各種新型能源得到有效開發，如太陽能、風能和生物質能源等等。不難想象，這些新型能源的商業化發展都對儲能提出了越來越高的要求。在各種各樣的儲能產品中，電化學儲能，即化學電池技術仍然是非常重要的組成部分，在未來很長的一段時間內還將是首選的儲能技術。作為一種對環境友好的綠色化學電池，鋰離子電池由于其優異的功率密度和能量密度特性，近年來在全球范圍內得到各國政府和資本市場的充分重視，產業化發展迅速。特別是隨著電池成組技術的快速發展，鋰離子電池已成為一種非常重要的儲能電池，其應用范圍和市場空間日益增大。

構成鋰離子電池的材料主要有正極材料、負極材料、電解質，膠粘劑和隔離膜等，其中最難掌握的是高性能隔離膜技術。高性能隔離膜之所以難制備，其主要原因可能是人們對鋰離子電池使用安全性的苛刻要求。鋰離子電池的內部結構十分緊湊，狹小的空間內積聚了巨大的能量，而薄薄的一層隔離膜是唯一把能量的兩級（即正、負極）分開的機構，所起到的安全保障作用對單個鋰離子電池而言幾乎是決定性的。特別是電池內一旦發生內部短路，隔離膜必須具有很好的耐高溫性能，即使在200℃以上隔離膜仍然需要保持尺寸穩定性和維持一定的力學強度，阻斷電池內部劇烈化學反應的進一步升級，防止電池爆炸等災難性后果。

現有的隔離膜材料主要采用聚烯烴材料，如聚乙烯和聚丙烯。為解決電池過熱安全性問題，Celgard、Exxon?Mobil和Ube已商品化PP|PE|PP三層復合隔離膜，但該技術的弱點是隔離膜的閉孔溫度和熔斷溫度相距較近，且作為高溫層的聚丙烯熔點只稍稍超過160℃。實際上，當溫度升至150℃左右，薄膜就可能熔化并發生熔體塌縮了。耐熱性能不夠突出，可能導致鋰電池潛在的熱失控。

CN102270756A的發明公開了一種鋰離子電池用聚四氟乙烯復合隔膜。它包括一隔膜，所述的隔膜由上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜或上層聚乙烯微孔膜與下層聚乙烯微孔膜所形成，所述的上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜之間或上層聚乙烯微孔膜與下層聚乙烯微孔膜之間設有一聚四氟乙烯微孔膜。該鋰離子電池用聚四氟乙烯復合隔膜，耐熱性能不夠突出，可能導致鋰電池潛在的熱失控。

發明內容

本發明的目的在于解決現有鋰離子電池的隔離膜耐高溫性能不佳，可能導致鋰電池出現熱失控的問題，提供一種耐高溫復合隔離膜，它能耐受250℃的高溫，特別適合在鋰離子電池中使用，也適合用作其它化學蓄電池和超級電容器中的隔離膜。

本發明的另一目的在于提供一種耐高溫復合隔離膜的制備方法，方法簡單易行，適合工業化生產。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種耐高溫復合隔離膜，所述耐高溫復合隔離膜由聚苯硫醚薄膜與聚烯烴微孔膜經干式復合而成。?

本發明采用聚苯硫醚（Polyphenylene?Sulfide,?PPS）作為耐高溫材料來成膜，聚苯硫醚又稱聚苯撐硫醚或聚次苯基硫醚。之所以選用該材料，這是因為聚苯硫醚具有極優異的耐化學性、剛性、阻燃性和高耐熱等特性，在寬廣的溫度范圍內都具良好的力學強度，所制得的產品幾何尺寸穩定，可以精密成型。特別的，聚苯硫醚在低于200℃的溫度范圍內找不到任何溶劑，能耐強氧化性溶劑外的幾乎所有化學物質，如強酸、強堿、各種油品、有機溶劑、脂類、烷烴類和鹵素化合物等。

本發明聚苯硫醚薄膜作為耐高溫層使用，孔徑范圍0.1-2微米，孔徑分布均勻，能耐受250℃的高溫；聚烯烴微孔膜孔徑范圍0.02-0.4微米，主要起阻隔分離的作用。所得到的耐高溫復合隔離膜特別適合在鋰離子電池中使用，也適合用作其它化學蓄電池和超級電容器中的隔離膜。

常見的聚烯烴微孔膜如聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜等。

本發明采用聚苯硫醚薄膜和普通市售聚烯烴微孔膜（又稱聚烯烴隔離膜）在線干式復合。聚烯烴微孔膜能在較低的溫度下適時閉孔，切斷電池內部電流，大大減低或遲緩電池內部短路的風險；同時由于聚苯硫醚薄膜在超過200℃高溫時仍能保持尺寸穩定性和力學強度，保持鋰離子電池正、負兩極永遠處于隔離狀態。這樣，能最大限度地保證電池在意外和極端情況下的使用安全性。

作為優選，所述耐高溫復合隔離膜為AB兩層復合結構，或所述耐高溫復合隔離膜為ABA三層復合結構，其中A層為聚苯硫醚薄膜，B層為聚烯烴微孔膜。