[發(fā)明專(zhuān)利]具有熱閉孔功能復(fù)合納米纖維隔膜、制備方法和儲(chǔ)能器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410798500.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104485437A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宣萱;解明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧波艾特米克鋰電科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M2/16
• 分類(lèi)號(hào): H01M2/16;H01G11/52
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，所述電池包括鋰離子電池，鋰硫電池，超級(jí)電容器，鉛酸電池，堿性電池，鋅空氣電池，鈉離子電池。涉及一種具有閉孔功能的復(fù)合納米纖維隔膜及其制備方法。本發(fā)明還涉及這種膜的生產(chǎn)以及該膜作為電池隔膜的應(yīng)用。

背景技術(shù)

復(fù)合納米纖維隔膜可作為隔膜應(yīng)用于電池如鋰離子電池，鋰硫電池，超級(jí)電容器，鉛酸電池，鋅空氣電池，鈉離子電池。目前，鋰離子電池因其具有較高的能量密度、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命、可快速充放電、無(wú)污染和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品如：手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)等所需的充電電池，也逐漸擴(kuò)展到電動(dòng)汽車(chē)、航天航空、儲(chǔ)能以及其他領(lǐng)域。

電池隔膜作為關(guān)乎電池安全性能的關(guān)鍵部件，其主要作用是隔離正負(fù)極并使電子不能自由穿過(guò)，同時(shí)能讓離子自由通過(guò)，其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接關(guān)系到鋰電池的整體性能。在鋰電池隔離正負(fù)極的情況下，發(fā)生電池過(guò)度充電或短路，或者錯(cuò)誤連接，產(chǎn)生不正常電流，以及在動(dòng)力大、容量高時(shí)使用，均會(huì)造成電池內(nèi)溫度急劇升高，電池隔膜應(yīng)有足夠的耐溫功能；因電池溫度升高，造成隔膜孔徑縮小，鋰離子不能正常通過(guò)，導(dǎo)致電池溫度升高，達(dá)到鋰的熔點(diǎn)或電解質(zhì)的引燃點(diǎn)，將引起電池的燃燒和爆炸事故的發(fā)生。

鋰電池安全問(wèn)題是十分迫切的問(wèn)題，特別是動(dòng)力鋰離子電池，目前已經(jīng)進(jìn)入汽車(chē)、機(jī)器人、電動(dòng)工具、航空航天等諸多領(lǐng)域，動(dòng)力鋰電池由于電流量較大，暴露于高溫下的可能性比較高，其安全性備受關(guān)注。所以隔膜的安全性能應(yīng)提到更高的層次(電池溫度過(guò)高時(shí)，隔膜可通過(guò)閉孔來(lái)阻隔電流的傳導(dǎo)，防止爆炸，且閉孔后隔膜尺寸穩(wěn)定不發(fā)生收縮)。

目前鋰離子電池隔膜的主流產(chǎn)品為聚丙烯和聚乙烯多孔膜及其與多孔陶瓷涂層的復(fù)合膜。其突出的問(wèn)題是潤(rùn)濕性差、吸液能力弱，難以實(shí)現(xiàn)高倍率充放電，在高溫循環(huán)條件下容易形成枝晶及受熱形變大，存在嚴(yán)重的安全隱患。

為了提高隔膜的耐熱性，科研人員主要采取以下幾種方法：一是通過(guò)溶膠-凝膠原位生成或者添加納米顆粒或者涂覆含納米顆粒的溶液的方式提高納米纖維隔膜的耐熱性，如CN200810244343.7、CN201110434221.6，這些方法制備工藝復(fù)雜，一般需要涂覆工藝、熱壓處理或者萃取等工序，同時(shí)隔膜閉孔時(shí)伴隨著體積收縮，膜面積縮小，使隔膜失去正負(fù)極之間的隔斷作用，造成不安全隱患；二是使用高耐熱性的聚合物溶液進(jìn)行靜電紡絲，如CN201210486465.3、CN201210425855.X、CN201010166400.1和CN201210169182.6，該方法制備的纖維膜功能單一，且制備過(guò)程繁瑣，成本高。三是納米纖維材料的無(wú)紡布隔膜在鋰離子電池隔膜領(lǐng)域的使用，是目前開(kāi)發(fā)高端鋰離子電池隔膜的重要課題之一。納米基電池隔膜可明顯改善隔膜材料的可潤(rùn)濕性，有效提高隔膜的耐熱性和離子傳導(dǎo)性能。美國(guó)Dreamweave公司的專(zhuān)利CN103688387A公布了多微孔聚合物電池隔膜，通過(guò)高剪切處理將聚合物納米組合到聚合物微纖維矩陣內(nèi)，制成孔隙尺寸效應(yīng)好的納米纖維網(wǎng)，在耐熱性，尺寸穩(wěn)定性以及良好的吸液能力，可潤(rùn)濕性等。同樣，還有專(zhuān)利CN103270639A，CN103943806A等，但還是不能同時(shí)滿(mǎn)足隔膜材料所應(yīng)具有的優(yōu)異的熱尺寸穩(wěn)定性和良好的自關(guān)閉性能，會(huì)使電池發(fā)生燃燒、爆炸等潛在危害。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上缺陷，提供一種制造工藝簡(jiǎn)單、低成本且性能優(yōu)異的復(fù)合納米纖維隔膜及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先提供一種具有熱閉合功能的納米纖維隔膜，其原料包括原纖化纖維素納米纖維和低熔點(diǎn)聚合物納米纖維，所述原纖化纖維素納米纖維之間主要通過(guò)氫鍵、分子間作用力結(jié)合，所述原纖化纖維素納米纖維與所述低熔點(diǎn)聚合物納米纖維之間通過(guò)長(zhǎng)徑分子間的交聯(lián)作用結(jié)合；所述復(fù)合納米纖維隔膜上具有孔隙以便電解液離子穿過(guò)、且阻止電子穿過(guò)；在130～170℃溫度環(huán)境下，所述復(fù)合納米纖維隔膜孔隙閉合，以防止電池受損后的過(guò)量和不期望的離子通過(guò)。

所述復(fù)合納米纖維隔膜孔隙閉合狀態(tài)下，所述復(fù)合納米纖維隔膜的尺寸穩(wěn)定，在200℃高溫下加熱30min以?xún)?nèi)，熱收縮率小于2％。

所述具有閉孔功能的復(fù)合納米纖維隔膜的厚度為10～80μm，

一種上述的具有閉孔功能的復(fù)合納米纖維隔膜制備方法，用質(zhì)量比為1:9～9:1原纖化纖維素納米纖維與低熔點(diǎn)聚合物納米纖維為原料，以造紙工藝制備。

所述的具有閉孔功能的復(fù)合納米纖維隔膜的制備方法，包括以下具體步驟：