[發明專利]一種具有熱閉孔功能的電紡復合隔膜

有效

• 申請號: 201310085349.5
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103208604A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 孫道恒;邱小椿;吳德志;黃少華;占瞻;何廣奇;何杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 劉勇

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，尤其是涉及采用電紡法制備的一種具有熱閉孔功能的電紡復合隔膜。

背景技術

鋰離子電池因具有能量密度高、功率密度高、使用壽命長以及對環境友好等特點被廣泛應用于消費類電子產品中，然而鋰離子電池所存在的安全隱患嚴重阻礙了鋰離子電池應用范圍的擴展，如混合動力汽車、電動汽車等。熱失控是造成電池安全隱患的主要原因，而熱失控主要是由于過充、內部或外部短路或者是高熱沖擊等造成的。

目前解決鋰離子電池安全性的手段主要從電池電極材料、電解液、電解液添加劑以及隔膜方面進行，其中通過隔膜實現電池的高安全性是當前研究的重點，而具有熱閉孔功能的隔膜是確保電池安全性的最重要的手段。中國專利CN101794870A和CN102544414A均公開了利用無機顆粒（如氧化鋁）的耐高溫、化學性能穩定等特性來提高隔膜耐熱穩定性，它在一定程度上提高了電池的安全性，但不涉及熱閉孔問題。目前商業隔膜主要有PP、PE以及PP/PE/PP隔膜，其熱閉孔溫度分別約為165℃、135℃、135℃。為了提高隔膜的安全性，專利JP7304110A、JP8250097A、GB2298817A以及US5691007A分別公開了不同制作熱閉孔隔膜的工藝并實現了熱閉孔功能，熱閉孔溫度分別為135～140℃、124℃、135℃和132℃。文獻A?review?on?the?key?issues?for?lithium-ion?battery?management?in?electric?vehicles指出大部分電池充放電時的工作溫度范圍分別為-20～55℃和0～45℃，當電池溫度上升至90～120℃時，固體電解質界面膜（SEI）開始放熱分解；當溫度超過120℃時，SEI膜完全瓦解，電極和電解液直接接觸并產生副反應，隨著溫度的升高，電解液、電極分解，最終導致熱失控，所以隔膜熱閉孔溫度應設計在90～120℃范圍以內；專利US6080507A公開了一種熱閉孔溫度為115℃的三層隔膜制作工藝，指出隔膜的熱閉孔溫度應低于120℃，最好控制在95～115℃范圍內。

上述專利均在一定程度上提高了隔膜的安全性，但由于熱慣性的作用，電池內部的溫度在熱閉孔后仍然有可能繼續上升并超過隔膜成分的熔點，使得隔膜熔化導致鋰離子電池正負電極的直接接觸，使得電池內部迅速升溫產生熱失控，并最終有可能引發爆炸。

發明內容

本發明的目的在于提供可實現二次熱閉孔功能，避免因熱慣性的作用導致鋰離子電池正負電極的直接接觸，顯著提高鋰離子電池安全性的一種具有熱閉孔功能的電紡復合隔膜。

所述具有熱閉孔功能的電紡復合隔膜為無紡布結構，包括聚酰亞胺（PI）納米纖維和低熔點聚合物納米纖維；所述低熔點聚合物納米纖維為含雙馬來酰亞胺（BMI）和偶氮二異丁腈（AIBN）的低熔點聚合物納米纖維，聚酰亞胺（PI）納米纖維與低熔點聚合物納米纖維雜序交錯。

所述具有熱閉孔功能的電紡復合隔膜的厚度可為10～50μm。

所述低熔點聚合物納米纖維的熔點可為90～110℃。所述低熔點聚合物納米纖維的成分可為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丁二酸乙二醇酯等。

按質量比，所述聚酰亞胺（PI）納米纖維含量與低熔點聚合物納米纖維含量的比例可為（3～1）∶1；按質量比，所述雙馬來酰亞胺（BMI）與偶氮二異丁腈（AIBN）含量之和與所述低熔點聚合物納米纖維含量的比例可為15%～25%，其中雙馬來酰亞胺（BMI）含量與偶氮二異丁腈（AIBN）含量的比例可為（60～40）：1。

與現有技術比較，本發明的工作原理及有益效果如下：

本發明制備時，將各成分按比例配成電紡溶液，采用現有電紡裝置，通過靜電紡絲法制備即可得到。電紡復合隔膜的所需厚度可通過熱壓處理獲得。本發明作為鋰離子電池隔膜，是利用低熔點聚合物納米纖維的熔化實現隔膜的第一次熱閉孔功能，第一次熱閉孔后形成聚合物絕緣層，溫度繼續升高后，該聚合物絕緣層熔化，BMI與AIBN則完全釋放于鋰離子電池電解液中，形成新勻相電解液體系，低熔點聚合物絕緣層熔化后所剩的PI纖維和BMI在AIBN的誘導下可原位聚合，形成固態絕緣體，從而實現隔膜的第二次熱閉孔功能。此外，PI納米纖維和BMI單體原位聚合后所得到的PI高聚物均為高溫穩定性物質，是實現電池安全性的重要保證。由于電池內部溫度上升將會使得BMI單體原位聚合后所得到的PI高聚物更加穩定，因此即使存在熱慣性也不會破壞由新勻相電解液體系固化后形成的固態絕緣體。

附圖說明

圖1為本發明所述電紡復合隔膜的纖維組織示意圖。