[發明專利]一種電池隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710442020.8
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107275546A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 向曉霞
• 申請（專利權）人: 合肥大麥燈箱器材有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥道正企智知識產權代理有限公司34130
• 代理人: 吳瓊

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種電池隔膜及其制備方法。

背景技術

在鋰離子電池中，隔膜是一種多孔的薄膜，是鋰離子電池重要的組成部分，用來阻隔正負極防止電池內部短路，但允許離子通過，從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結構和內阻，直接影響電池的容量、循環等特性。用作鋰離于電池隔膜的材料，要具備好的機械強度、耐電解液腐蝕能力、低的電阻和合適的自閉溫度等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

現有的隔膜材料通常采用聚丙烯（PP）薄膜和聚乙烯（PE）薄膜，但是目前聚丙烯和聚乙烯薄膜的制備比較困難。常用的聚丙烯和聚乙烯薄膜的制備方法主要有濕法和干法兩種。目前大多采用干法生產隔膜，干法即熔融拉伸法（MSCS），是將聚烯烴樹脂熔融，擠壓、吹制成結晶性高分子薄膜，經過結晶化熱處理、退火后，得到高度取向的多層結構，在高溫下進一步拉伸，將結晶界面進行剝離，形成多孔結構。干法的優點是工藝簡單且生產過程中無污染，缺點是不能很好地控制孔徑及孔隙率。目前用干法制備出的聚丙烯（PP）薄膜和聚乙烯（PE）薄膜存在孔徑分布不均勻、機械強度低和熱穩定性能欠佳等缺點。

發明內容

本發明提供了一種電池隔膜及其制備方法，所述電池隔膜制備工藝簡單、孔徑分布均勻，透氣性好、機械強度高且熱穩定性能良好。

為了解決現有技術存在的問題，采用如下技術方案：

一種電池隔膜，從上到下依次設有聚酰亞胺層、改性無紡布、聚合物納米纖維層，所述聚酰亞胺層的厚度為30～45μm，所述改性無紡布的厚度為40～60μm，所述聚合物納米纖維層的厚度為5μm～33μm。

優選的，所述改性無紡布包括以下重量份的組分：高密度聚乙烯70～80份、交聯劑0.2～0.4份、親水改性三氧化二鋁納米粉體19.9～29.5份。

優選的，所述改性無紡布的制備過程如下：

（1）將高密度聚乙烯、交聯劑、親水改性三氧化二鋁納米粉體混合均勻，165℃～175℃下進行擠出、牽引，造粒，得無紡布母料；

（2）將無紡布母料在100～110℃的條件下進行高強度單軸拉伸或雙軸拉伸，單軸拉伸時，拉伸倍率為20～40倍，拉伸速率為50％/秒，雙軸拉伸時，面積拉伸倍率為40～60倍，拉伸速率為50％/秒，得無紡布膜；

（3）采用電暈法處理無紡布膜，機器走速15m/min，電暈功率500W，電暈電壓220V，得所述改性無紡布膜。

優選的，所述聚合物納米纖維層中的纖維直徑為10nm～4μm；所述聚合物納米纖維層中的聚合物為聚偏氟乙烯或聚丙烯腈或兩者摩爾比為10：1的混合物。

一種制備所述電池隔膜的方法，包括以下步驟：

（1）以丙酮或N，N-二甲基甲酰胺為溶劑制備質量濃度為12～15%的聚合物溶液，于50℃水浴中攪拌至均勻，消除氣泡，靜置2.5～3.5小時，得聚合物溶液；

（2）將聚合物溶液注入多針噴頭靜電紡絲機；

（3）將多元有機羧酸酐或其衍生物、有機二胺溶解于溶劑中，得聚酰亞胺前驅體溶液；

（4）在基板上涂覆厚度為30～45μm的聚酰亞胺前驅體溶液，覆蓋改性無紡布膜并浸潤或輥壓2～7min后，調節多針噴頭靜電紡絲機的噴絲頭與改性無紡布膜之間的距離，啟動收卷裝置并開始噴涂纖維絲，靜置5～10分鐘，先在90～110℃保溫30～50min，從基板上揭取電池隔膜并將其重新固定在基板上，再升溫至230～260℃保溫20～30min，然后升溫至360～380℃保溫20～30min，得所述電池隔膜。。

優選的，所述多元有機酸酐或其衍生物與有機二胺的摩爾比為1∶0.99～1.01，所述溶劑的用量為多元有機羧酸酐或其衍生物與有機二胺總重量的10～15倍。

優選的，所述基板為表面光滑清潔的平板。

優選的，所述多元有機酸酐或其衍生物為2，3，6，7-四氯萘-2，4，5，8-四羧酸二酐、菲-1，8，9，10-四羧酸二酐、苯-1，2，3，4-四羧酸二酐和吡嗪-2，3，5，6-四羧酸二酐中的一種或幾種。

本發明與現有技術相比，其具有以下有益效果：

本發明所述電池隔膜制備工藝簡單、孔徑分布均勻，透氣性好、機械強度高且熱穩定性能良好，具體如下：