[發(fā)明專利]鋰離子電池用無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜及其制備方法

有效

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• 申請(qǐng)日: 2013-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN103579565A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀磊;遲婷玉;陳宗明;楊嬌;吳立群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國海誠工程科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M2/16
• 分類號(hào): H01M2/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型的鋰離子電池用無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜及其制備技術(shù)，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池隔膜材料主要為聚烯烴隔膜，如單層聚丙烯(PP)微孔膜、單層聚乙烯(PE)微孔膜以及三層PP／PE／PP復(fù)合膜。聚烯烴隔膜的熔點(diǎn)較低：PE隔膜的閉孔溫度為130～140℃，PP隔膜為150～166℃，隔膜受熱時(shí)易收縮，正負(fù)極直接接觸會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池短路，高溫時(shí)容易破膜，造成鋰離子電池解體或爆炸。

為了克服以上問題，采用聚烯烴隔膜表面陶瓷涂布技術(shù)，形成聚烯烴陶瓷隔膜已成為行業(yè)內(nèi)常規(guī)技術(shù)。專利CN1312789C以Celgard2400為基材，納米SiO₂、聚氧乙烯、乙腈的混合溶液為涂料，制備復(fù)合鋰電池隔膜。專利CN101281961A公開了一種聚烯烴陶瓷隔膜的涂層組合物及該隔膜的制備方法，將粘結(jié)劑和無機(jī)顆粒物用溶劑制成涂料，將其涂布在聚烯烴隔膜表面，制備耐溫性能較好的聚烯烴陶瓷隔膜。該類聚烯烴陶瓷隔膜雖然耐溫性能有所提升，但并未顯著提高電池的安全性能，當(dāng)電池發(fā)生強(qiáng)力碰撞或擠壓時(shí)，電池易發(fā)生短路引起內(nèi)部溫度急劇升高，溫度甚至超過600℃，聚烯烴陶瓷隔膜發(fā)生嚴(yán)重收縮，可能引起電池解體或爆炸。隨著純電動(dòng)汽車的發(fā)展，車用電池的容量和功率越來越高，因此提高電池的安全性能非常關(guān)鍵，選擇耐高溫的隔膜即是其中一種途徑。

德國贏創(chuàng)德固賽公司的CN101425570A專利所制備的耐高溫隔膜采用不導(dǎo)電的玻璃纖維和陶瓷纖維制造的纖維布為基材，將陶瓷顆粒涂料涂覆基材，形成多孔的電絕緣陶瓷涂層。該發(fā)明的不足在于制備的隔膜抗彎曲性能較差，不耐卷繞，不適用于圓柱體電池生產(chǎn)，同時(shí)該隔膜因厚度較大造成電池內(nèi)阻增大。因此，選擇合適的原料和工藝制備出的耐高溫隔膜不僅需要提高隔膜的耐溫性能，而且能適應(yīng)電池生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點(diǎn)，提供一種鋰離子電池用無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜以及其制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種鋰離子電池用無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜，其特征在于，由無機(jī)納米纖維無紡布和多孔基材復(fù)合而成。

優(yōu)選地，所述的無機(jī)納米纖維無紡布由前驅(qū)體靜電紡絲和煅燒制備，其中的無機(jī)納米纖維的平均直徑為100～500nm，無機(jī)納米纖維無紡布的平均孔徑為50～100nm，孔隙率為60～80％，厚度為5～15μm。

優(yōu)選地，所述的無機(jī)納米纖維無紡布中的無機(jī)納米纖維為三氧化二鋁納米纖維和二氧化鋯納米纖維中的一種。

優(yōu)選地，所述的無機(jī)納米纖維無紡布需經(jīng)偶聯(lián)劑表面親油改性處理，具體步驟為：將無機(jī)納米纖維無紡布在45℃條件下，浸泡在0.5wt％的偶聯(lián)劑溶液中，10min之后，取出105℃烘干。

更優(yōu)選地，所述的偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷中的一種。

優(yōu)選地，所述的多孔基材是由高分子聚合物纖維通過濕法抄造制備，多孔基材的厚度為10～30μm，平均孔徑為1.5～5μm，孔隙率為55～80％，縱向抗拉強(qiáng)度為1000～2000N／m，縱向抗拉伸長率為10～20％。

更優(yōu)選地，所述高分子聚合物纖維為聚酯纖維，線密度為0.1dtex，平均長度為5mm。

本發(fā)明還提供了上述的鋰離子電池用無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于，具體步驟為：將無機(jī)納米纖維無紡布和多孔基材置于超聲波發(fā)生器輻射頭與輥筒之間進(jìn)行超聲波粘合，超聲波發(fā)射頻率為20～40kHz，時(shí)間為5～10min，再經(jīng)軟壓光處理，無機(jī)納米纖維無紡布面向軟輥側(cè)，多孔基材面向硬輥側(cè)，輥壓為0.1～0.5MPa，車速為0.5～2m／min，常溫冷卻后即得到鋰離子電池用無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明采用靜電紡絲制備的無機(jī)納米纖維是一種納米級(jí)超細(xì)纖維，纖維直徑范圍為100～500nm，而德國贏創(chuàng)德固賽公司的CN101425570A專利采用的玻璃纖維和陶瓷纖維直徑在5～7μm。與CN101425570A專利相比，本發(fā)明的無機(jī)納米纖維無紡布的厚度和平均孔徑大幅降低，無機(jī)納米纖維陶瓷隔膜變得更致密和柔軟，因此，提高了隔膜耐刺穿、抗彎曲性能，同時(shí)降低了鋰離子電池隔膜內(nèi)阻。