[發明專利]高安全鋰電池復合隔膜及其同軸靜電紡絲制備法

有效

• 申請號: 201410284813.8
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104022245A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 姜濤;王丹;陳慧明;趙中令;張克金
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;D04H1/541
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種高安全鋰電池復合隔膜及其同軸靜電紡絲制備法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰電池是一種非常通用和常見的儲能裝置，近些年來已經在電子產品、移動電話、儲能、電動汽車等領域得到了非常快速的發展。隔膜材料是鋰電池非常重要的組成部分，直接影響著電池的循環壽命以及安全性能等指標。最初的鋰電池隔膜為聚烯烴的PP或PE隔膜，但這種單一組分的隔膜不利于提高電池的安全性能。隨后，美國Celgard公司推出了三層的PP/PE/PP復合隔膜，該隔膜可以在電池發生熱失控之前實現閉孔保護和熔斷保護功能，使得鋰電池的安全性能得到了較大提高，并在很長一段時間內占據了大部分的鋰電池隔膜市場。

近些年來，一些具有高機械強度和耐溫的PET、PI等聚合物隔膜受到了人們的廣泛關注，當使用這些材料作為鋰電池的隔膜能夠有效解決電池的安全性能。但是，單一的PET等隔膜作為鋰電池隔膜時通常不具有閉孔特性，一但電池發生熱失控效應，很難有效抑制著火和爆炸的危險。

為此，本專利借鑒Celgard復合隔膜原理，采用熔融同軸靜電紡絲方法制備出“聚對苯二甲酸乙二酯/聚烯烴”復合纖維膜，但此復合隔膜并非Celgard隔膜的三層結構，而是由具有同心軸狀纖維無序編織而成，纖維中間軸材料為PET，具有非常高的機械強度和耐熱溫度，能夠提高電池的安全性能。纖維外層材料是聚烯烴材料，即傳統的聚丙烯PP或聚乙烯PE，它們具有一定的閉孔保護功能，防止電池發生熱失控。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高安全鋰電池復合隔膜及其同軸靜電紡絲制備法，其具有非常高的機械強度和耐熱溫度，能夠提高電池的安全性能，纖維外層材料是聚烯烴材料，即聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE），它們具有一定的閉孔保護功能，防止電池發生熱失控；采用“聚對苯二甲酸乙二酯/聚烯烴”復合纖維膜制作的鋰電池具有非常高的機械強度以及安全性能，尤其適合鋰離子動力電池。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種高安全鋰電池復合隔膜，由通過同軸熔融靜電紡絲法制備的“聚對苯二甲酸乙二酯/聚烯烴”復合纖維組成；其特征在于：復合纖維呈同心軸狀，中間軸由聚對苯二甲酸乙二酯（PET）組成，直徑為0.8~4μm，外層由聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）組成，厚度為2~3μm。

一種復合隔膜的同軸靜電紡絲制備方法，其特征在于具體的制備步驟如下：

a）PET熔體制備：將市售PET顆粒置于240~285^oC溫度下進行加熱，得熔融狀態的PET熔體；

b）聚烯烴熔體制備：將聚烯烴粉末與液體石蠟按質量比m_聚烯烴：m_液體石蠟=1：（0.5~3）進行混合，然后置于180~220^oC溫度下進行加熱，得熔融狀態的聚烯烴熔體；

c）同軸靜電紡絲：將步驟a）所制備的PET熔體置于同軸靜電紡絲裝置內針頭注射器中，將步驟b）所制備的聚烯烴熔體置于同軸靜電紡絲裝置外針頭注射器中進行靜電紡絲，內針頭孔徑0.3~0.6mm，外針頭孔徑0.5~0.8mm，紡絲電壓10~20kV，接收距離13~24cm，濕度25~45%；

d）洗滌、熱壓成膜：步驟c）所得靜紡隔膜通過丙酮溶液進行清洗后，利用滾筒式熱壓機進行熱壓，熱壓溫度為70~100^oC，熱壓后即得“聚對苯二甲酸乙二酯/聚烯烴”復合隔膜。

所述的步驟b）中的聚烯烴為聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中的一種或者兩種的混合物。?

本發明的積極效果是其采用“聚對苯二甲酸乙二酯/聚烯烴”復合隔膜制作的鋰電池具有非常高的機械強度以及安全性能，尤其適合鋰離子動力電池。

附圖說明

圖1是本發明所述高安全鋰電池復合隔膜的同軸靜電紡絲模擬示意圖，其中“1”為PET熔體，“2”為聚烯烴熔體，“3”為內針頭，“4”為外針頭，“5”為高壓電源，“6”為加熱絲。

圖2是“聚對苯二甲酸乙二酯/聚烯烴”復合纖維膜示意圖，其中其中“1”為中間軸聚對苯二甲酸乙二酯（PET），“2”為外層聚烯烴材料。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述：

實施例1