[發明專利]聚合物隔膜及其制備方法和應用以及鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201711116556.7
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN109786629B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 宣博文;金麗娜;曹曉東;吳金祥;單軍;胡剛;何龍
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M50/449
• 分類號: H01M50/449;H01M50/403;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 李婉婉;嚴政

本發明公開了一種聚合物隔膜及其制備方法以及含有該聚合物隔膜的鋰離子電池及其制備方法，所述聚合物隔膜含有多孔基材、親水性阻滯層以及多孔極性聚合物粘結層，所述親水性阻滯層設置在所述多孔基材和所述多孔極性聚合物粘結層之間。將該聚合物隔膜用于鋰離子電池，能將與鋰離子電池的正極和負極牢固地粘結在一起，使得鋰離子電池具有較高的硬度，并使鋰離子電池顯示出良好的性能。所述制備方法在配制極性聚合物粘結劑溶液時，既可以采用低沸點溶劑，也可以采用操作安全性更高的高沸點溶劑，采用高沸點溶劑時，不僅能提高操作安全性，而且不會導致鋰離子電池性能的明顯下降。

技術領域

本發明涉及一種聚合物隔膜及其制備方法和應用，本發明還涉及采用該聚合物隔膜的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池主要由正/負極材料、電解質、隔膜及電池外殼包裝材料組成。隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，用于分隔正、負極，防止電池內部短路；隔膜允許電解質離子自由通過，完成電化學充放電過程。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的倍率性能、循環性能以及安全性能(耐高溫性能)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。

由于具有原料價格低廉、制備工藝簡單、機械強度高、電化學穩定性強等特點，機械拉伸法制備的聚乙烯、聚丙烯微孔膜是目前主要商用的鋰離子電池隔膜。但是，商用微孔膜在熔融溫度附近閉孔收縮造成電池短路，使電池具有高溫下燃燒和爆炸的危險；除此之外，聚烯烴隔膜對電解液吸附性差，不利于充放電過程中鋰離子的傳導。

目前，在聚烯烴微孔膜兩側涂覆聚醚類(如聚氧化乙烯)、聚丙烯腈類、聚丙烯酸酯類(如聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物)、聚偏氟乙烯類(包括聚偏二氟乙烯和偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)等極性聚合物的多孔膜是可以改善隔膜吸附電解液性能，同時降低微孔膜在熔融溫度附近收縮比率的主要方法。倒相法是制備多孔膜的主要方法之一，其主要包括兩種形式：(1)溶劑蒸發沉淀相分離法；(2)浸入沉淀相分離法。

在實際生產中，聚偏氟乙烯系(PVdF)涂覆技術已得到了廣泛應用。聚偏氟乙烯系(PVdF)涂覆技術采用溶劑蒸發沉淀相分離法在聚烯烴微孔膜表面造孔得到PVdF多孔膜，其具體操作工藝為：將聚偏氟乙烯溶解或分散于丙酮中，并添加一定量的致孔劑DMC(二甲基碳酸酯)，形成漿液，將該漿液涂布在聚烯烴微孔膜表面并進行干燥。干燥的過程中，先揮發除去潛溶劑丙酮，再蒸發除去致孔劑DMC，從而留下孔隙。

發明內容

現有的聚偏氟乙烯系(PVdF)涂覆技術采用低沸點丙酮作為溶劑，操作安全性有待提高。本發明的發明人在研究過程中發現盡管采用高沸點的溶劑代替丙酮，可以提高操作安全性，但是采用高沸點的溶劑配制聚偏氟乙烯系聚合物溶液而制備的鋰離子電池的性能明顯下降，經過研究發現，其原因可能在于：采用高沸點的溶劑配制的聚偏氟乙烯系聚合物溶液滲透性極強，聚合物溶液極易穿透隔膜而達到與涂布面相對的另一個表面，從而將聚偏氟乙烯系聚合物也帶入隔膜的孔隙中，由于聚偏氟乙烯系聚合物的流動性和滲透性遠低于有機溶劑，被有機溶劑攜帶進入隔膜的聚偏氟乙烯系聚合物通常存留在隔膜的孔隙中，堵塞隔膜，對隔膜的透氣性和孔隙率產生不利影響，提高聚合物隔膜的本體阻抗，降低離子電導率，對最終制備的鋰離子電池的性能產生不良影響。盡管現有的聚烯烴隔膜表面通常形成陶瓷層以提高隔膜的熱穩定性以及吸附電解液的能力，但是即便具有所述陶瓷層的聚烯烴隔膜也難以阻擋聚合物溶液穿透隔膜。

針對采用高沸點的溶劑配制聚偏氟乙烯系聚合物溶液時存在的問題，本發明的發明人進行了深入的研究，發現：采用高沸點的溶劑配制聚偏氟乙烯系聚合物溶液時，如果在多孔基材(即，具有陶瓷層或不具有陶瓷層的聚烯烴多孔膜)與聚偏氟乙烯系聚合物之間設置親水性阻滯層，能有效地抑制聚偏氟乙烯系聚合物溶液透過親水性阻滯層而進入多孔基材中，從而有效地降低進入多孔基材中的聚偏氟乙烯系聚合物的量，提高聚合物隔膜的透氣性和孔隙率，降低聚合物隔膜的本體阻抗，提高聚合物隔膜的離子電導率，使得制備的鋰離子電池仍然具有較好的性能。在此基礎上完成了本發明。