[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用聚烯烴多層微多孔膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103531735A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王松釗;林妙云;吳耀根;蔡朝輝;廖凱明
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山市金輝高科光電材料有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/18
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44288
• 代理人: 賀紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用隔膜材料及其制備方法，具體涉及一種應(yīng)用于鋰離子二次電池等電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的聚烯烴多層微多孔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池隔膜是應(yīng)用于鋰離子電池中的起到隔離正負(fù)極防止電池短路同時(shí)具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)能夠確保鋰離子順利通過的鋰離子電池的重要組件之一。這種隔膜可以用于電子產(chǎn)品、電氣設(shè)備等通訊類的鋰離子電池。近年來，開展了鋰二次電池作為電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車等動(dòng)力類電源的研究，這類高端鋰離子電池要求大功率輸出、高容量、優(yōu)異的循環(huán)性能、安全等性能，則要求隔膜具備熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性、良好的機(jī)械性能和一定的孔隙結(jié)構(gòu)等優(yōu)異的綜合性能，包括低閉孔溫度、高熔融溫度、良好的電解液親和性、一定的孔徑大小和孔隙率等性能。

專利CN1882436A中提出表面涂布可以凝膠化的氟樹脂，并形成多孔質(zhì)體的覆蓋層，以獲得耐熱收縮性、熔化特性較優(yōu)良的微多孔膜。專利CN101228650A中提出在隔膜上涂布一層聚間苯二甲酰間苯二胺的多孔質(zhì)層，從而獲得具備高破膜溫度的復(fù)合多孔膜。上述隔膜通過涂覆親和性的基團(tuán)，改善隔膜的親液性，同時(shí)利用了其中高熔點(diǎn)的物質(zhì)提高了隔膜的熱穩(wěn)定性能，但是涂布液會(huì)引起孔的部分堵塞，使隔膜內(nèi)阻增大，此外親和性的基團(tuán)容易在鋰電池使用過程脫落，不利于鋰離子電池循環(huán)壽命以及安全性。

專利CN101536221B提供了一種共擠出的多層電池隔膜，此微孔膜具有至少兩個(gè)由可擠出的聚合物制成的層，該隔膜具有較低的閉孔溫度和較高的熔破溫度，提高了電池的安全性能。但該隔膜未能解決聚烯烴隔膜親液性差，吸液保液能力差的問題。且該隔膜孔隙率和孔徑偏小，不利于離子傳導(dǎo)，隔膜實(shí)現(xiàn)大電流放電的平臺(tái)低、循環(huán)性能差。

上述方法能夠在部分性能上對鋰離子電池用聚烯烴微孔膜進(jìn)行優(yōu)化，但還是無法完全滿足動(dòng)力鋰離子電池的應(yīng)用要求。為了確保動(dòng)力鋰離子電池的安全性，要求電池隔膜具備良好的熱穩(wěn)定性，不僅有較低的閉孔溫度，還要有較高的熔破溫度和低的熱收縮率。在單層PE或者PP膜上進(jìn)行涂覆改進(jìn)，存在涂層脫落和堵孔現(xiàn)象，降低了隔膜的孔隙率，不利于大電流充放電，其循環(huán)壽命和安全性能差。如果加大了孔隙率，隔膜熱收縮性能變差，電池安全性能不佳。通過PE和PP復(fù)合可以獲得較好的熱穩(wěn)定性，但是目前主要使用的三層復(fù)合隔膜存在孔隙率低、孔徑小、親液性差、界面剝離強(qiáng)度小以及阻抗大的問題，無法同時(shí)滿足動(dòng)力鋰離子電池大功率的需求。本發(fā)明旨在提供一款具備優(yōu)異的親液性、高孔隙率和高界面剝離強(qiáng)度且綜合性能優(yōu)異的隔膜，以滿足高端鋰離子電池，尤其是動(dòng)力鋰離子電池大功率充放電和長循環(huán)壽命的要求，并保證其安全性能。

動(dòng)力及儲(chǔ)能鋰離子電池是近年來開發(fā)出的新型鋰離子電池產(chǎn)品，主要應(yīng)用在以鋰離子電池為動(dòng)力的新能源汽車及儲(chǔ)能電站等高端領(lǐng)域，可以部分或完全替代目前汽車工業(yè)賴以生存的石化能源，具有非常廣闊的市場前景。它是一款非常環(huán)保的清潔能源產(chǎn)品，有效減少溫室氣體排放，降低我國的單位GDP能耗，對解決我國石油嚴(yán)重依賴進(jìn)口的狀況具有非常深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。這類高端鋰離子電池通常需要使用幾十甚至上百個(gè)電芯進(jìn)行串并聯(lián)來獲得高的能量、提供大的功率。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具備優(yōu)異的親液性、高孔隙率和高界面剝離強(qiáng)度且綜合性能優(yōu)異的聚烯烴多層微多孔膜，可用于高容量、大功率充放電的動(dòng)力鋰離子電池，有利于提高動(dòng)力鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種鋰離子電池用聚烯烴多層微多孔膜的制備方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種鋰離子電池用聚烯烴多層微多孔膜，其包括聚乙烯微多孔層，在所述聚乙烯微多孔層的上下兩個(gè)表面各有一層離子加速層，在所述離子加速層的外表面各有一層聚丙烯微多孔層。

本發(fā)明的五層結(jié)構(gòu)可以提供隔膜較低的閉孔溫度和較高的破膜溫度，增大隔膜的安全窗口，提供良好的安全性能；同時(shí)，離子加速層提供隔膜低電阻、高電子傳導(dǎo)率以及良好的吸液性能和保液性能，能夠提高鋰離子電池的充放電功率和循環(huán)壽命；所述離子加速層具有微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有優(yōu)異的親液性能和粘結(jié)性能，這樣可以保證多層微多孔膜各層良好復(fù)合的同時(shí)，提高隔膜的離子傳輸性能，并保持良好的透氣性能。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述聚乙烯微多孔層為孔隙率≥45%的濕法聚乙烯微多孔層，所述聚乙烯微多孔層由分子量≥10⁵的均聚聚乙烯或共聚聚乙烯組成；所述聚丙烯微多孔層由分子量為40～60萬，熔點(diǎn)為160℃的聚丙烯組成。