[發(fā)明專利]一種隔膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310692108.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN103618058A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石俊黎;夏永高;劉兆平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01M2/16
• 分類號(hào): H01M2/16
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隔膜、其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)性能優(yōu)異與環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、數(shù)碼產(chǎn)品等領(lǐng)域，并在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模更大的儲(chǔ)能和動(dòng)力電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

隔膜是鋰離子電池尤其是液態(tài)鋰離子電池重要的內(nèi)層組件之一，它能有效地阻止正極與負(fù)極之間的物理接觸以防止電池短路，同時(shí)又能提供鋰離子在正極與負(fù)極之間傳遞的路徑，保證了鋰離子電池充放電過程的正常進(jìn)行。作為電池的重要組成部分，隔膜性能的優(yōu)劣決定著電池的內(nèi)阻、界面性質(zhì)和高溫穩(wěn)定性，進(jìn)而影響著電池的容量、循環(huán)性能及安全性。

目前已經(jīng)廣泛使用的商品化隔膜主要包括聚乙烯（PE）多孔膜、聚丙烯（PP）多孔膜、聚丙烯（PP）/聚乙烯（PE）/聚丙烯（PP）復(fù)合多孔膜。但是由于上述聚烯烴隔膜的本體材料的熔點(diǎn)相對(duì)較低，大約在130℃～165℃，當(dāng)電池受熱達(dá)到隔膜材料的熔點(diǎn)溫度附近時(shí)，隔膜會(huì)出現(xiàn)明顯的尺寸收縮，產(chǎn)生孔洞，導(dǎo)致正極、負(fù)極接觸而短路，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒爆炸。

專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110379586.3的中國發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種具有高溫穩(wěn)定性的隔膜，該類隔膜是在聚烯烴微孔膜的至少一面涂布納米陶瓷材料得到的。由于在隔膜表面引入耐高溫陶瓷材料，這類有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜能有效避免因聚合物主體在高溫下熔融而造成的隔膜的熱收縮，進(jìn)而改善鋰離子電池的高溫?zé)岱€(wěn)定性，提高其使用安全性，同時(shí)，聚烯烴主體能夠在相對(duì)較低的溫度下起到熱關(guān)閉作用，對(duì)電池安全性的提高也具有積極作用。但是此類陶瓷涂層的存在往往會(huì)造成多孔隔膜表面嚴(yán)重的堵孔現(xiàn)象，使得隔膜的離子電導(dǎo)率及電化學(xué)性能降低，進(jìn)而導(dǎo)致含有該類隔膜的電池的大倍率充放電性能降低。

專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110261610.3的中國發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種以耐熱性聚合物聚酯材料作為骨架，無機(jī)陶瓷納米粒子作為填料的鋰離子電池用多孔隔膜。與聚烯烴材料相比，該類材料具有更高的軟化溫度，因而所制備的多孔隔膜具有更高的熱收縮溫度和更好的熱穩(wěn)定性；與無機(jī)陶瓷涂敷膜相比，由于具有更高的孔隙率和孔道連通性，隔膜表現(xiàn)出較高的離子電導(dǎo)率，能夠滿足鋰離子電池大倍率充放的要求,但是該類隔膜由于具有較高的軟化溫度，因而缺乏熱閉孔機(jī)制。為了進(jìn)一步提高隔膜的安全，Cho等人（Journal?of?Power?Sources，195(2010)4272）報(bào)道了一種采用熱壓法制備的納米陶瓷層涂敷的聚烯烴多孔膜與耐熱性聚酯無紡布隔膜的復(fù)合隔膜。聚烯烴層的存在能賦予隔膜較低溫度下的熱關(guān)閉性能，隔膜在更高溫度下的尺寸穩(wěn)定性則由耐熱的無機(jī)層和耐熱性無紡布來保證。盡管這種復(fù)合方式能賦予電池更為優(yōu)異的安全性，但是由于熱壓過程會(huì)導(dǎo)致大量的孔閉合，由此所造成的隔膜的離子電導(dǎo)率的損失是不可避免的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種隔膜及其制備方法，使所述隔膜具有較高的安全性。

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N隔膜，包括成膜樹脂與耐熱性填料，所述耐熱性填料包括無機(jī)耐熱性纖維與有機(jī)耐熱性纖維中的一種或兩種。

優(yōu)選的，所述成膜樹脂的含量為10wt%～60wt%，所述耐熱性填料的含量為40wt%～90wt%。

優(yōu)選的，所述耐熱性填料的直徑為100nm～1000nm，長(zhǎng)度為1mm～100mm。

優(yōu)選的，所述無機(jī)耐熱性纖維為玻璃纖維、石棉絨纖維和氧化鋁纖維中的一種或多種；

所述有機(jī)耐熱性纖維為聚四氟乙烯纖維、滌綸纖維、軼綸纖維、芳綸纖維、芳砜綸纖維、腈綸纖維、錦綸纖維、聚苯硫醚纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、粘膠纖維和聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑纖維中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述成膜樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚-4-甲基-1-戊烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述耐熱性填料中還包括1nm～200nm的耐熱性納米粒子。

優(yōu)選的，所述耐熱性納米粒子為鋁或硅的氧化物、鋁或硅的氮化物、硫酸鋇和碳酸鈣中的一種或多種。