[發明專利]一種高耐熱性鋰電池復合隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710376305.6
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107216472B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 袁文輝;張志雄;李莉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C09D129/04;C09D7/61;C08L23/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 許菲菲

本發明公開了一種高耐熱性鋰電池復合隔膜及其制備方法。該制備方法是將聚乙烯醇粉末加入去離子水中，室溫下先溶脹10～12h，后在85～95℃下攪拌4～5h，得到聚乙烯醇溶液；將正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水混合攪拌，逐滴加入氨水，在40～45℃下攪拌0.5～1h后，得混合物；將所得混合物與氧化鋁粉末一并加入到所得聚乙烯醇溶液中，在40～45℃下，攪拌10～12h，得涂覆漿料；采用涂覆法將漿料涂覆至預處理過的聚烯烴微孔膜表面，室溫下干燥，再真空干燥后，得高耐熱性鋰電池復合隔膜。本發明的制備方法工藝簡單、綠色環保，制備的復合隔膜耐熱性高、吸液保液率好、電化學性能優異，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰電池隔膜的改性技術領域，特別是涉及一種高耐熱性鋰電池復合隔膜及其制備方法。

背景技術

隔膜作為鋰電池重要組成之一，主要起到物理阻隔正負極、保留電解液并提供通道供鋰離子遷移的作用。目前商業化的隔膜以聚烯烴微孔膜為主，由于聚烯烴隔膜的熔點較低且多采用拉伸成孔工藝制得，當電池在高強條件下工作時，這種隔膜容易收縮，可能導致電池短路，存在起火甚至爆炸等安全隱患。另外，由于聚烯烴隔膜的表面能高，對極性溶劑電解液的潤濕性不好，從而嚴重影響了隔膜對電解液的吸液率及電化學性能。

隨著鋰電池在動力汽車和便攜式工具等應用領域的不斷發展，制備出高耐熱性鋰電池隔膜以提高電池的安全性能顯得十分重要。中國發明專利申請CN104993082A公開了一種納米氧化鋁顆粒修飾的陶瓷隔膜的制備方法，將氧化鋁和粘合劑加入研缽中，滴入N-甲基吡咯烷酮后進行研磨，將研磨后的混合物涂覆在聚烯烴隔膜上，利用氧化鋁的耐熱性能以提高電池的循環周期和安全性。但是，該制備過程不僅使用了有毒的有機溶劑，無機粒子和粘合劑僅僅是簡單的物理共混，存在“掉粉”隱患，而且該制備方法不便于機械化操作，難以大規模生產。

中國發明專利申請CN106159158A公開了一種耐高溫鋰離子電池隔膜制備工藝，經配料、擠出復合成型、等離子處理、雙向同步拉伸、在線收卷等步驟制備的隔膜耐高溫性能、吸液保液率提升，自放電率降低。但制備工藝中用到了有害的有機溶劑丙酮，而且等離子處理容易破壞基膜表面結構，另外該申請也未公開所得隔膜具體的熱性能和電化學性能數據。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種不使用有機溶劑，有效改善電池的安全性能和電化學性能的高耐熱性鋰電池復合隔膜及其制備方法。

本發明在正硅酸乙酯溶膠凝膠的同時，水解產生的納米二氧化硅粒子與聚乙烯醇高分子以共價鍵結合，形成三維網狀結構后，納米氧化鋁牢固嵌入，經涂覆后在聚烯烴隔膜表面形成SiO₂/Al₂O₃多孔功能層。本發明制備的復合隔膜熔點約為176℃(傳統的PE、PP隔膜分別為135℃和167℃)，組裝的電池在0.5C倍率下循環100次后，容量保持率達91.0％(PP隔膜僅為73.6％)，顯著改善了電池的安全性能和電化學性能。本發明制備方法不使用有機溶劑。

為實現上述技術目的，本發明采用以下技術方案：

一種高耐熱性鋰電池復合隔膜的制備方法，其特征在于包含以下步驟：

(1)將聚乙烯醇粉末加入去離子水中，室溫下先溶脹10～12h，后在85～95℃下攪拌4～5h，得到聚乙烯醇溶液；

(2)將正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水混合攪拌，逐滴加入氨水，在40～45℃下攪拌0.5～1h后，得混合物；將所得混合物與氧化鋁粉末一并加入到步驟(1)所得聚乙烯醇溶液中，在40～45℃下，攪拌10～12h，得涂覆漿料；

(3)采用涂覆法將漿料涂覆至預處理過的聚烯烴微孔膜表面，室溫下干燥，再真空干燥后，得高耐熱性鋰電池復合隔膜；

所述的聚烯烴微孔膜為PP膜、PE膜或PP/PE/PP復合膜中的一種。