[發明專利]一種輻照交聯鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310196439.1
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103421208A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 高翔;盛偉;李伯耿;羅英武;林葉剛;王永常
• 申請（專利權）人: 浙江大學;浙江博爾塑膠有限公司;浙江省能源與核技術應用研究院
• 主分類號: C08J9/42
• 分類號: C08J9/42;C08J7/18;H01M2/16;C08L23/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種輻照交聯鋰離子電池隔膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是在鋰蓄電池基礎上發展起來一種新型可再充電池，由SONY公司于1990年研制成功并實現商品化。因其具有高比能量、長循環壽命、無記憶效應等優點而成為近年來新型電源技術的研究熱點。可廣泛用于便攜式電子產品如：手機、筆記本電腦、數碼相機、攝像機甚至于目前世界大力倡導的電動自行車、電動汽車和儲能電池等領域。

鋰離子電池的主要構件包括電極、隔離膜和電解液三部分，其中隔離膜在鋰離子電池中扮演關鍵性的角色，它是一種絕緣多孔薄膜，在電池中用于隔離正、負電極，允許自由離子于其間通過，起防止兩極短路的保護作用。由此，電池隔膜除需要一定的孔隙率和孔徑分布，讓離子正常通過外，其最重要的性能是其在鋰離子電池使用過程中的安全性：一方面隔離正負極，防止二者直接接觸而短路；另一方面在電池因外部故障或內部短路，致使電池內部反應失控而造成內部飛溫時，隔離膜能在較低溫度下正常自閉孔，隔斷電池正負極反應，使電池停止工作，并在反應停止但內部溫度繼續上升到更高溫度時，隔膜仍有足夠的耐高溫性能，保持尺寸穩定不致破孔，即有較高的破膜溫度。所以，我們希望隔膜即有較低自閉孔溫度又有較高的破孔溫度。

目前鋰離子電池隔膜主要是聚烯烴類多孔薄膜，有聚乙烯單層膜，聚丙烯單層膜，或是聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合膜等。對聚乙烯單層膜，因聚乙烯130℃左右熔融，熔點較低，在鋰離子電池中有較低的閉孔溫度，能有效保護電路，但其破膜溫度也很低，不到140℃就易熔融破孔，對鋰離子電池的安全性能非常不利。對聚丙烯單層膜，雖其有相對較高的破孔溫度（170℃以上），但聚丙烯熔點在160～170℃之間，其只有在鋰離子電池內部溫度達到160℃以上才閉孔，該溫度接近鋰的熔點，也高于電池有機溶劑沸點，溶劑揮發成氣體會使內部壓力增大；電解質鋰鹽在該溫度下也易分解產生含氟酸性氣體，而使溶劑進一步發生分解反應。因此，其較高的閉孔溫度對鋰離子電池安全使用非常不利。對聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合膜，該膜即具有聚乙烯較低的閉孔溫度，又兼有聚丙烯較高的破孔溫度，能有效保護電池電路。但其缺點是，一，要使中間聚乙烯層能正常閉孔，兩邊聚丙烯層保持尺寸穩定，其厚度將遠大于單層膜，從而占據鋰離子電池中有限空間，若將三層膜做到單層厚度，中間聚乙烯層將非常薄，此厚度將不足以完全閉孔以阻斷電流。二，該三層復合膜機械強度較低，120℃熱收縮較大，使用過程中電池卷繞短路率高，不利生產。三，這種隔膜的破孔溫度仍然難以滿足大功率動力鋰離子電池的領域，如動力自行車、動力汽車等。

提高電池安全性能的方法有很多：中國專利號CN101997102A公開了一種三層復合微孔膜的制備方法，該膜中間層為聚乙烯或聚乙烯與其他烯烴的共聚物或混合物，外兩層為聚偏氟乙烯或六氟丙烯-偏氟乙烯的共聚物，該復合膜具有閉孔溫度低、破膜溫度高、機械強度高等優點。專利CN201877484U提出一種上下兩層聚丙烯微孔膜或上下兩層聚乙烯微孔膜中間包夾一聚四氟乙烯微孔膜的三層復合膜，該膜也把隔膜破膜溫度提高到200℃以上。專利CN200580051172提出在隔膜上涂布高熔點的聚間苯二甲酰間苯二胺多孔質層形成復合式隔膜，從而將隔膜破膜溫度提高至250℃以上。但一方面該涂布工藝中涂布厚度均勻性難控制；另一方面，涂布液會堵塞部分孔道。

為了解決前述鋰離子電池隔膜安全性能不足的缺點，因此要研究一種鋰離子電池隔膜，其即具有低的閉孔溫度，又兼有更高的破孔溫度，同時厚度不至過厚，其他性能更加優越的隔膜，以適應越來越苛刻的市場對鋰離子電池隔膜的要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種輻照交聯鋰離子電池隔膜及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種輻照交聯聚乙烯多孔隔膜的制備方法，它包括以下步驟：（1）將聚乙烯多孔隔膜浸泡在含有質量濃度為0.01-10%的光引發劑、質量濃度為0.01-10%的交聯劑的易揮發性有機溶劑中5秒以上，取出后室溫干燥；

（2）將步驟1浸泡后的隔膜放置在質量濃度為0-5%的親水性單體的水溶液液面以下1-50mm處用輻照源輻照2秒以上，或直接把浸泡后的隔膜置于惰性氣體保護氛圍下用輻照源輻照2秒以上，輻照溫度為室溫至110℃，隔膜表面離輻照源距離3-15cm，得到輻照交聯聚乙烯多孔隔膜。