[發明專利]一種復合鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810095512.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108346765B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 郅立鵬;陳繼朝;苗晶;陳琪;李丹;公言飛;倪智超;許志浩;李琪;楊波
• 申請（專利權）人: 青島藍科途膜材料有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 高洋

本發明提出一種復合鋰離子電池隔膜及其制備方法，屬于鋰離子電池材料領域，該鋰離子電池隔膜改善了聚烯烴基層隔膜與涂覆層的相容性和粘合力，可有效提高離子電導率以及鋰離子電池的循環性能。該復合鋰離子電池隔膜包括多孔基層隔膜和涂布在所述多孔基層隔膜單側的聚酰亞胺涂層。本發明能夠應用于鋰離子電池開發和應用的中心環節中。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，尤其涉及一種復合鋰離子電池隔膜及其制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池(LIB)向電動汽車、航空航天、大型儀器儀表和能源儲存等動力領域的發展，對電池的綜合性能提出了更高的要求，鋰離子電池的安全性問題顯得尤為重要，尤其是電池內部短路問題。隔膜是鋰離子電池中不可或缺的組成部分，其作用是防止正負極接觸發生短路，并且為鋰離子在電解液中遷移提供通道。

目前市場上應用最廣泛的LIB隔膜是傳統的聚烯烴隔膜。雖然其具有機械性能良好、化學穩定性好以及廉價等優點，但是其較差的熱穩定性會影響正、負電極間的隔離，甚至會引起安全事故的發生。并且，傳統的聚烯烴隔膜還存在著孔隙率低、電解液浸潤性不足等問題，成為影響鋰離子電池高溫安全性能和高倍率放電性能的最主要因素之一，是制約鋰離子電池開發和應用的中心環節。

為了改善傳統的聚烯烴隔膜在鋰離子電池應用上的綜合性能，研究者開發了有機-無機(陶瓷)復合鋰離子電池隔膜，此類隔膜制備工藝簡單，結合了聚烯烴材料的柔性和無機材料的吸液性、耐高溫等優點，能夠避免電池短路、爆炸事故的發生，對提高鋰離子電池的安全性有一定的效果。但是，陶瓷復合隔膜的陶瓷層與基膜間的結合力較弱，易出現陶瓷層脫落現象，因此，專利申請CN 201610024165.1公開了一種功能性涂層隔膜，在聚烯烴基材上涂覆由聚偏氟乙烯、無機納米陶瓷顆粒和水組成的漿料，使漿料和隔膜具有更優良的粘結性和耐熱性。然而，若在長期使用或者高強度環境下使用，無機陶瓷材料和聚烯烴基膜之間產生的應力還是會使陶瓷粉發生脫落。因此，這種制備方法顯然也需要添加粘合劑來改善陶瓷層與基層的粘合力，但效果并不是長效的。

聚酰亞胺(PI)是一類高性能的有機高分子材料，集優異的介電性能、耐高溫性能、機械性能、化學穩定性等優點于一體，是最具有應用前景的高分子聚合物之一。專利申請CN201610055570.X公開了一種聚酰胺酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備方法，采用非溶劑致相轉化法制備了聚酰胺亞胺LIB隔膜，該隔膜耐溫性較聚烯烴隔膜有了較大提高，但拉伸強度和穿刺強度較低。因此，如何制備得到一種機械性能及耐高溫性能均較好的復合LIB隔膜將是本領域所研究的重要課題。

發明內容

本發明提出一種復合鋰離子電池隔膜及其制備方法，該鋰離子電池隔膜改善了聚烯烴基層隔膜與涂覆層的相容性和粘合力，可有效提高離子電導率以及鋰離子電池的循環性能。

為了達到上述目的，本發明的一方面提供了一種復合鋰離子電池隔膜，所述隔膜包括多孔基層隔膜和涂布在所述多孔基層隔膜單側的聚酰亞胺涂層。

作為優選，所述多孔基層隔膜為厚度：5-40μm，孔隙率：30-80％的聚烯烴隔膜。

作為優選，所述聚烯烴隔膜選自聚乙烯鋰電池隔膜、聚丙烯鋰電池隔膜、或由聚乙烯鋰電池隔膜和聚丙烯鋰電池隔膜間隔設置的三層以上的復合隔膜中的一種。

作為優選，所述聚酰亞胺涂層的厚度為1-10μm，所述電池隔膜中聚酰亞胺含量為1-10％。

本發明的另一方面提供了一種如上述任一項技術方案所述的復合鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟：

聚酰亞胺的合成：在氮氣環境下，將二酐與二胺按摩爾比0.8-1.2加入反應容器內，然后加入有機溶劑，在冰水浴中機械攪拌反應12-24h后得到聚酰胺酸溶液，隨后加入乙酐和三乙胺進行化學亞胺化，反應24-48h后，用乙醇沉淀所得聚合物，經乙醇和去離子水充分洗滌后，置于干燥箱中，于60-120℃下干燥過夜；再在120-150℃下真空干燥12-48h，得到聚酰亞胺；