[發明專利]一種鋰電池用聚砜納米纖維隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210558076.7
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103000851A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 王睿;王榮貴;吳仕明;胡蘊成
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 趙麗

技術領域

本發明涉及一種鋰電池用隔膜及其制備方法，具體地說，本發明涉及一種鋰電池用聚砜納米纖維隔膜及其制備方法，屬于鋰電池隔膜技術領域。

背景技術

在鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜是鋰電材料中技術壁壘最高的一種高附加值材料，約占鋰電池成本的20%-30%。隔膜價格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關鍵技術被日本和美國所壟斷，國產隔膜特別是高端隔膜的指標還未達到國外產品的水平。隔膜技術難點在于造孔的工程技術及基體材料。傳統隔膜是采用聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，這些基體材料熔點低，在高溫下容易熱收縮甚至熔融導致隔膜破裂導致嚴重的安全問題。

新型鋰電池，特別是動力電池和儲能電池對隔膜性能提出了更高的要求。以靜電紡絲的方法，將熔點更高、化學性能更好的高分子聚合物制備成納米纖維隔膜的方法已經受到廣泛的關注。

聚砜（簡稱PSF或PSU）具有極佳的耐高溫性能，還有尺寸穩定性，抗化學性、阻燃、電氣性、高強度、高介電強度、高剛性等眾多優異性能。以該材料制備的納米纖維隔膜具有非常好的耐高溫性能，同時還具有孔隙率高、耐形變等特點，是非常優秀的下一代鋰電隔膜，能夠極大的提高鋰電的安全性。

國家知識產權局于2010.12.15公開了一件申請號為201010221475.5，名稱為“一種水溶液電化學器件用的聚合物隔膜”的發明專利，該專利公開了一種水溶液電化學器件用的聚合物隔膜。這種隔膜以聚砜類工程塑料和聚乙烯吡咯烷酮為原料，通過溶劑溶解并混合后涂鑄成膜，再使用含低級醇的電化學器件用電解質溶液對膜進行親水化處理后而成。本發明所得到的共混膜均相、致密，具有優越的化學與熱穩定性，以及優異的機械性能及優良的導電性能，可以作為水電解、電池、超級電容器、液流電池等水溶液電化學器件的隔膜材料。

上述專利中的隔膜成膜的均一性差，且孔隙率有限；其制備方法為溶液法，使得在大面積制備隔膜時，更加難于控制成膜的均一性。

發明內容

本發明旨在解決現有技術中的電池隔膜均一性差、孔隙率有限的問題，提供一種鋰電池用聚砜納米纖維隔膜，其抗撕裂性強、孔隙率高、能耐高低溫及機械性能優異。

本發明的另一目的是提供一種上述聚砜納米纖維隔膜的優化制備方法，使制備出來的隔膜成膜均一性更好，孔隙率更高。

為了實現上述發明目的，其具體的技術方案如下：

一種鋰電池用聚砜納米纖維隔膜，所述的鋰電池用聚砜納米纖維隔膜由一種或者任意比例的多種聚砜溶解于極性有機溶劑中，再經過靜電紡絲制成，其特征在于：所述的鋰電池用聚砜納米纖維隔膜厚度為10-50μm，直徑為100-300nm，斷裂伸長率為15-25%，熱分解溫度250-350℃，孔隙率20-90%，機械拉伸強度15-20MPa，電擊穿強度1×10⁷-1.5×10⁷V/m。

上述聚砜為本領域公知的任意常規聚砜，如：聚芳砜、聚醚砜、雙酚A型聚砜等。

一種鋰電池用聚砜納米纖維隔膜的制備方法，其特征在于：包括以下工藝步驟：將一種或者任意比例的多種聚砜在常溫下溶解于極性有機溶劑中，攪拌反應后得到聚砜溶液，然后將所述的聚砜溶液在高壓電場中在電場強度為10-50kV下實施靜電紡絲，靜電紡絲完成后收集得到鋰電池用聚砜納米纖維隔膜。

優選的，本發明所述的極性溶劑為N,?N-二甲基甲酰胺(DMF)或者N,?N-二甲基乙酰胺(DMAC)。

優選的，本發明所述的極性有機溶劑占聚砜溶液質量的10-90%。

更進一步的，所述的極性有機溶劑中加入極性有機溶劑質量5-25%的丙酮。

優選的，本發明所述的攪拌反應時間為1-5小時。

優選的，本發明所述的靜電紡絲完成后收集得到聚砜納米纖維隔膜是指采用不銹鋼滾筒收集。

更進一步的，所述的不銹鋼滾筒直徑為0.3-0.8m。

一種采用上述鋰電池用聚砜納米纖維隔膜制成的鋰電池。

上述制備鋰電池的方法為本領域常規工藝。

本發明帶來的有益技術效果：

1、本發明的鋰電池用聚砜納米纖維隔膜斷裂伸長率為15-25%，熱分解溫度250-350℃，孔隙率20-90%，機械拉伸強度15-20MPa，電擊穿強度1×10⁷-1.5×10⁷V/m，均一性好，孔隙率高，適合大規模生產；