[發明專利]一種鋰離子電池隔膜用粘結劑、制備方法及使用該粘結劑的隔膜

有效

• 申請號: 201310571644.1
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN104140502A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 白莉;張海峰;張國軍;王海文;懷永建
• 申請（專利權）人: 中航鋰電（洛陽）有限公司
• 主分類號: C08F283/06
• 分類號: C08F283/06;C08F261/04;C08F271/02;C09D151/08;C09D151/00;C09D7/12;H01M2/16
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明屬于鋰離子電池隔膜技術領域，具體涉及一種鋰離子電池隔膜用粘結劑，同時還涉及一種鋰離子電池隔膜用粘結劑的制備方法及使用該粘結劑的隔膜。

背景技術

鋰離子電池由于具有較高的比能量密度，已經成為目前電化學行業研究的熱點。在此類電池的陰極，包含有錳、鈷、釩或鎳等過渡金屬氧化物，按照最簡單的化學計量情況可描述為LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiV₂O₅或LiNiO₂，也包含有近幾年發展迅速的鐵、錳、鈷、釩或鎳等過渡金屬磷酸鹽、硅酸鹽等。這些化合物與能夠在晶格中結合進鋰離子的化合物（如石墨）發生可逆反應，從晶格中移出鋰離子；在此過程中鐵錳鈷鎳被氧化，該反應可應用到化學電池中用以儲存電能。其中，用電解質將能接受鋰離子的化合物（陽極材料）與含鋰的化合物（陰極材料）彼此分開，含鋰化合物的鋰離子通過電解質遷移到陽極材料中。

電池充電期間，隨著鋰離子經電解質由陰極流向陽極，電子通過外電路由陽極流向陰極。為避免化學電池出現短路，在陰陽極之間需放置具有絕緣性且允許鋰離子通過的物質，這就是所謂的電池隔膜。

電池隔膜是指在電池正極和負極之間的一層薄的多孔材料，是電池中非常關鍵的部分，對電池的安全性和成本有直接影響。電池隔膜應具有高離子滲透率和好的機械強度，并對體系（如電池的電解液）中所用化學物質和溶劑具有長期穩定性。在電池中，隔膜必須使陰極和陽極電極完全隔離，但同時使電解液透過；必須具有持久的彈性，并且在充電和放電過程中，跟從系統（例如電極組件）移動。

電池隔膜是決定鋰離子電池使用壽命的關鍵因素，因此，鋰離子電池的發展受到了隔膜材料發展的影響。目前，傳統的電池隔膜主要是多孔的有機聚合物膜。典型的有機聚合物膜是聚烯烴微孔膜，如聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜。聚烯烴自身的化學組成、結構以及成型工藝，決定了其物理和化學性能，造成了其在鋰離子動力電池隔膜應用方面存在一些缺陷。

聚烯烴微孔膜用于電池隔膜主要存在的問題有：（1）聚烯烴作為非極性材料，與強極性的電解液親和性差，造成了其保液能力差；（2）聚烯烴微孔膜多采用機械拉伸致孔或機械拉伸后有機溶劑萃取致孔，再通過熱定型制得，該制備方法造成聚烯烴微孔膜具有形狀記憶效應：在溫度較高時，隔膜趨向于恢復拉伸前膜的形狀，導致較大的熱收縮；（3）聚烯烴的熔化溫度較低，基材易在溫度超過165℃時產生熔化，使微孔消失，阻斷離子傳導（即所謂的熱關閉效應）；由于聚烯烴微孔膜發生熔化時，也伴隨著體積收縮，膜面積縮小，使隔膜失去正負極之間的阻隔作用，從而導致電池內部正負極發生短路，引起電池燃燒甚至爆炸，產生安全隱患。

如何提高鋰離子電池的安全性是本行業的重要課題，也是迫在眉睫的技術關鍵難題。造成鋰離子電池發生安全隱患的主要原因是電池發生不可逆的電化學副反應產生的熱失控所致。因此，提高隔膜的熱穩定性是鋰離子電池安全性的重要保障。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池隔膜用粘結劑，其與無機物混合作為隔膜涂層，解決現有鋰離子電池隔膜由于熱穩定性差而導致的容易發生內部短路問題。

本發明的第二個目的是提供一種鋰離子電池隔膜用粘結劑的制備方法。

本發明的第三個目的是提供一種使用上述粘結劑的鋰離子電池隔膜。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種鋰離子電池隔膜用粘結劑，包含以下重量份數的原料：水溶性聚合物0.5～1份、柔性鏈段單體1～10份、剛性鏈段單體1～10份、引發劑0.01～0.05份、增塑劑1～10份、去離子水或蒸餾水10份。

所述水溶性聚合物為聚環氧乙烷（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的任意一種或其組合。

所述柔性鏈段單體為丙烯酸丁二酯、甲基丙烯酸二乙二醇甲醚酯、醋酸乙烯酯、乙烯-醋酸乙烯酯中的任意一種或幾種；所述剛性鏈段單體為丙烯腈、苯乙烯、聚芳酰胺、聚聯苯中的任意一種或幾種。

所述引發劑為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀中的任意一種或兩種。

所述增塑劑為己二酸酯、壬二酸酯、葵二酸酯、磷酸脂肪醇酯、甘油三醋酸酯、一縮二乙二醇苯甲酸酯、偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三己酯、檸檬酸三乙酯、碳酸二乙酯、丙酸三丁酯、磷酸三乙酯、檸檬酸三丁酯、環氧油酸丁酯、鄰苯二甲酸乙二醇酯、氯化石蠟中的任意一種或其組合。

一種上述的鋰離子電池隔膜用粘結劑的制備方法，包括下列步驟：