[發明專利]一種鋰離子電池用增強型無機隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610156434.X
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105576177B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 呂瑞華;那兵;柳和生
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 薛端石

本發明公開了一種鋰離子電池用增強型無機隔膜及其制備方法，所述的增強型無機隔膜是以無機粒子作為基體，高分子納米纖維貫穿于無機粒子基體形成增強相。增強型無機隔膜通過無機粒子懸浮液滲透于高分子納米纖維之間得到。本發明所得到的增強型無機隔膜含有大量的無機粒子(質量份數大于65)，充分發揮了無機粒子的優點，因而具有優異的電解液浸潤性和高溫尺寸穩定性，極大地提升了鋰離子電池的電化學性能以及使用安全性。同時，由于高分子納米纖維的存在，增強型無機隔膜具有較好的力學強度和柔韌性，能夠滿足鋰離子電池組裝和使用的要求。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及到一種鋰離子電池用增強型無機隔膜及其制備方法。

背景技術

隔膜是鋰離子電池中的重要組件，其作用是分隔正負極以防止短路。為了滿足高性能鋰離子電池的要求，隔膜至少應具備如下特征：1)良好的電解液浸潤性和高吸液率，2)優異的高溫尺寸穩定性。目前普遍采用的聚烯烴基微孔隔膜并不能滿足以上特征，所得到的鋰離子電池性能較差。靜電紡絲是指在靜電場作用下將聚合物溶液或熔體拉伸成纖維的一種紡絲技術。該方法制備的纖維的直徑為納米級，比表面積大，是公認的高性能鋰離子電池隔膜材料。但靜電紡鋰離子電池隔膜是由雜亂的纖維互相搭接而成，隔膜力學性能主要依賴于纖維與纖維之間有效的黏結點，故靜電紡鋰離子電池隔膜強度較低，難以達到卷裝或電池組裝過程對隔膜強度的要求。

無機粒子具有良好的電解液浸潤性和優異的高溫性能，被廣泛地應用于改性鋰離子電池隔膜。常見的方法是將無機粒子涂覆在高分子微孔膜上，得到多層復合隔膜。無機粒子的存在，能夠提高多層復合隔膜的電解液浸潤性和高溫尺寸穩定性，進而提升鋰離子電池的性能。然而，無機粒子涂層與高分子隔膜的粘結性較差，容易發生脫落；同時多層復合隔膜中無機粒子的含量較低，并不能夠充分發揮無機粒子的優點。

多層復合隔膜優異的性能來源于無機粒子涂層，而不是高分子隔膜。可以試想，以無機粒子制備隔膜能夠進一步提升鋰離子電池的性能。然而，無機粒子之間粘結差，并不具備足夠的力學強度和柔韌性，無法滿足鋰離子電池組裝和使用的要求。

因此，有必要解決無機粒子不適合單獨用作鋰離子電池隔膜的技術問題，制備出成本低、強度較高和性能優異的鋰離子電池隔膜。

發明內容

本發明就是針對無機粒子不適合單獨用作鋰離子電池隔膜，提供了一種利用高分子納米纖維增強無機粒子隔膜的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

技術方案之一：

一種鋰離子電池用增強型無機隔膜，所述的增強型無機隔膜是以無機粒子作為基體，高分子納米纖維貫穿于無機粒子基體形成增強相。

進一步，無機粒子在分散劑中形成懸浮液，然后滲透于高分子納米纖維之間，得到增強型無機隔膜。

進一步，所述無機粒子為納米二氧化硅、納米沸石、納米碳酸鈣、納米二氧化鈦中的一種或其中幾種的混合物，分散劑為乙醇、甲醇、丙酮中的一種或其中幾種的混合物。

進一步，所述無機粒子與分散劑所形成的懸浮液中加入聚合物。

進一步，所述高分子納米纖維由聚合物通過靜電紡絲得到；所采用的聚合物為聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或其中幾種的混合物。

進一步，高分子納米纖維通過對紡絲液采用靜電紡絲制備而成，紡絲液由質量份數為20～35的聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或其中幾種的混合物溶解于質量分數為65～80的N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中配制而成。

進一步，懸浮液中無機粒子的質量份數為0.1～2，分散劑的質量份數為98～99.9，聚偏氟乙烯的質量份數為0.01～0.2。

技術方案之二：