[發明專利]一種復合鋰離子電池隔膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610149926.6
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105619991B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 王洪;高會普;靳向煜;吳海波;劉嘉煒
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B32B27/32
• 分類號: B32B27/32;H01M2/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種復合鋰離子電池隔膜材料及其制備方法。所述電池隔膜材料為三層結構，其中，第一層和第三層為聚合物多孔薄膜，且該兩層聚合物多孔薄膜的相對側均附著有無機顆粒；中間層為浸漬聚合物粘合劑的無紡布。制備方法為：先將均勻分散在揮發性溶劑中的無機納米顆粒涂到玻璃板上，待溶劑揮發后再將聚合物溶液涂到玻璃板上，得到一側附著無機顆粒的聚合物多孔薄膜；最后將附著有無機顆粒的多孔薄膜與浸漬過聚合物粘合劑的無紡布進行熱軋復合。本發明提供一種類似三明治結構的電池隔膜材料，除了具有吸液率高，孔徑分布均勻，潤濕性好，耐熱性好等優良特性外，還改善了與電極材料的界面穩定性，提高了電池的安全性能，循環性能以及倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種復合鋰離子電池隔膜材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

相對于其它電池，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環壽命長、自放電率低、操作電壓高、無記憶效應等優點從而被廣泛應用到日常生活的電子產品中，如筆記本、手機、數碼相機等等。然而，鋰離子電池的安全隱患、倍率性能差、成本高等缺點制約著其在動力和儲能型電池領域的應用。

隔膜是一種置于正負極之間的多孔材料，其主要作用是隔絕正負極，防止其發生短路，同時允許鋰離子在隔膜中快速傳輸。目前商業化的鋰離子電池隔膜主要是PP、PE、PP/PE/PP等聚烯烴多孔隔膜，主要生產方法為濕法雙向拉伸、干法單向拉伸和雙向拉伸等。然而這些隔膜熱穩定性差，遇到高溫時易收縮，增加了電池的安全隱患。同時，商業化聚烯烴隔膜的電解液潤濕性差、電極親和力低、吸液率低，影響了電池的電化學性能；此外，聚烯烴電池隔膜的成本高，占據著整個電池成本的10-20%。

專利“一種復合納米鋰離子電池隔膜及其制備方法”（申請號：201110231237.7）公開了一種將商用聚烯烴隔膜和靜電紡納米纖維復合的結構和制作工藝。該復合納米纖維鋰離子電池隔膜提高了隔膜的潤濕性、耐溫性、以及與正負極材料之間的界面性能，但靜電紡絲的產量低，增加了隔膜的成本。

專利“一種輻照交聯鋰離子電池隔膜以及制備方法”（申請號：201310196439.1）公開了一種輻照交聯聚乙烯多孔隔膜的制備方法，該方法通過向聚乙烯多孔隔膜內部和表面引入引發劑和交聯劑，然后進行輻照交聯，從而得到局部交聯的隔膜。該隔膜的拉伸強度、親水性能都得到提高，并降低了隔膜在120℃的熱收縮性，但是該工藝生產工藝復雜、成本高，很難實現產業化，同時聚乙烯隔膜熔點低，在高溫時熱穩定差，不能滿足高性能電池的要求。

專利“一種有機-無機復合鋰離子電池隔膜及其制備方法”（申請號：201310719574.X）公開了一種多孔有機復合膜的結構及制備工藝，采用了對聚合物平板膜進行拉伸和萃取的工藝制備多孔隔膜。該隔膜具有孔隙率可調、微孔貫通性好的特點，然而其熱穩定性差，當其體系含有5wt%SiO₂時，在140℃保溫30min的條件下，其熱收縮率達到38.1%，尺寸穩定性遠不能滿足高性能鋰離子電池的要求。

發明內容

本發明所要解決的是現有電池隔膜存在的潤濕性不足、熱穩定性差、電極-隔膜的界面穩定性差、吸液率低、成本高等問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種復合鋰離子電池隔膜材料，其特征在于，為三層結構，其中，第一層和第三層為聚合物多孔薄膜，且該兩層聚合物多孔薄膜的相對側均附著有無機顆粒；中間層為浸漬聚合物粘合劑的無紡布。

優選地，所述聚合物多孔薄膜中的聚合物為聚偏氟乙烯及其共聚物、聚氯乙烯和丙烯腈-氯乙烯共聚物中的至少一種。

優選地，所述聚合物多孔薄膜的厚度為8-15μm。

優選地，所述無機顆粒為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鋅、氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋯、氧化鈦和沸石中的任意一種或兩種以上混合物，其平均粒徑為0.01-6μm。

優選地，所述聚合物粘合劑為聚偏氟乙烯及其共聚物、聚氯乙烯和丙烯腈-氯乙烯共聚物中的至少一種。