[實用新型]一種復合鋰電池隔膜

有效

• 申請號: 201320226046.6
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN203277533U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 趙東波;黃箭玲;范凌云;費傳軍;董浩宇;周群;張莎;郭曉蓓;朱平;宋尚軍;白耀宗
• 申請（專利權）人: 中材科技股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/18
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲;王鵬翔

技術領域

本實用新型涉及一種鋰離子電池隔膜，尤其是一種復合鋰電池隔膜。

背景技術

鋰離子電池隔膜從制造技術來分目前主要有單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝，還有濕法同步拉伸和干法拉伸，不論采用什么生產工藝，鋰電池隔膜所用的原材料多是聚乙烯、聚丙烯，近來也有PVDF鋰電池隔膜制造技術的報道，采用的是流延法或者是刮涂方法，不經過拉伸成膜。對于單層膜PE、PP來說，它們的耐溫性能不好，孔隙率也比較低（30～40%），安全性差；而三層復合膜PP/PE/PP有較好的安全性（在溫度較高時中間層PE熔化，封閉離子通道，起到保護電池安全的作用），但耐溫性不好，孔隙率低；為了提高隔膜的耐溫性，也有人在PP、PE、PP、PP/PE/PP的隔膜表面刮涂（噴霧、浸漬、沉積）PVDF或陶瓷，這樣隔膜的耐溫性雖然提高了，但是孔隙率卻相對降低。因此這些隔膜只能做消費類鋰電池隔膜，不能大功率快速充放電。

濕法雙向同步拉伸工藝（單向拉伸和縱向拉伸用同步拉伸機一次完成），只適用于PE原料，它源于日本，隔膜的孔型為圓形、孔徑以及孔的分布比較均勻，采用的是熱致相分離原理成孔；干法單向拉伸工藝（只在機器方向拉伸擠出鑄片成膜），適合于PP和PE兩種原料，同時還可以生產PP/PE/PP復合隔膜，也有采用此工藝以PMP、POM材料制造隔膜的研究報道，但是沒有形成市場銷售產品，它源于美國，隔膜孔型為矩形，比濕法隔膜耐溫，它采用的是晶相分離成孔原理；干法雙向異步拉伸工藝（先對鑄片縱向拉伸然后再橫向拉伸），只適合于PP原料，孔型不定，孔徑和孔的分布不均勻，孔隙率很低，它源于中國，采用的是晶型轉換成孔原理。

發明內容

本實用新型的目的是解決現有技術中鋰電池隔膜的耐溫性不好、孔隙率低的問題，提供一種復合鋰電池隔膜，使其孔隙率高、安全性好、耐高溫好、力學強度好，并且可以快速充放電，能夠用于汽車動力鋰電池。

本實用新型的原理：選用耐溫的、適合用作鋰電池隔膜的原料，采用靜電紡絲技術，將原料制成nm/μm/nm纖維直徑分布的復合無紡布，經過溶劑揮發和（或）溫度、壓力控制形成三明治形式的一體復合纖維網，作為動力鋰電池隔膜。其中中間層纖維比較粗起著支撐層的作用，同時由于它的熔融溫度略低于表皮層，當電池內溫度過高時可以熔化關閉離子通道，起到保護電池安全的作用。表皮層纖維直徑細，纖維孔徑小，屬于納米級孔徑，孔隙率較高，允許大量鋰離子在很短的時間內通過隔膜，實現快速充放電，而隔膜材料的選取可以承受短時間內充放電產生的熱量，所以適合汽車用動力鋰電池使用。

技術方案

一種復合鋰電池隔膜，由上層納米纖維膜、中間層微米纖維膜和下層納米纖維膜復合而成，上層納米纖維膜和下層納米纖維膜的纖維直徑為1～200nm，中間層微米纖維膜的纖維直徑為1～10μm。上層納米纖維膜和下層納米纖維膜的孔徑小、孔隙率高，能夠被電解液完全潤濕、允許大量鋰離子通過，從而達到快速充放電的目的。中間層微米纖維膜的功能主要由兩種：一是在保證孔隙率不低于上下層的情況下起力學支撐作用，滿足鋰電池制造的要求，二是在電池溫度達到該層聚合物熔點時熔化成液體堵塞上下兩層的孔，截斷離子通道，起到安全保護的作用。

所述復合鋰電池隔膜的總厚度為6～40μm。

復合鋰電池隔膜的制備方法：將上層納米纖維膜、中間層微米纖維膜和下層納米纖維膜的聚合物材料，通過溶液靜電紡絲的方法，分別制備出上層納米纖維膜、中間層微米纖維膜和下層納米纖維膜，然后按順序放卷疊層，再置于固化爐內加熱除去溶劑，最后經控溫對壓輥輥壓成型，即得。

所述上層納米纖維膜和下層納米纖維膜的聚合物材料為聚酰亞胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、芳綸（Kevlar）、聚芳硫醚砜（PASS）、酮酐型聚酰胺酸（PAA）等高熔點聚合物中的任意一種。

所述中間層微米纖維膜的聚合物材料為聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚乙烯醇（PVA）、聚砜（PSU）等低熔點聚合物中的任意一種。

所述上層納米纖維膜、中間層微米纖維膜和下層納米纖維膜的重量比為（5～15）:（70～90）:（5～15），控制這個重量比的目的有兩個：一個是控制孔徑尺寸，二是滿足必要的機械強度。當機械強度和孔徑尺寸滿足時，上層和下層越薄越好，減少離子通過的曲折度和阻力。

所述固化爐內加熱除去溶劑的溫度為100～260℃。

所述控溫對壓輥溫度為50～230℃。

所述溶液靜電紡絲，具體包括如下步驟：