[發明專利]一種孔徑可控的濕法成型電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201811261162.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109326762B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張恒;甄琪;張一風;劉讓同;章偉;劉雍
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: H01M50/417
• 分類號: H01M50/417;H01M50/44;H01M50/457;H01M50/454;H01M50/403;H01M50/491
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 邊鵬

本發明提供了一種孔徑可控的濕法成型電池隔膜及其制備方法，所述電池隔膜是以聚烯烴微孔膜、熔融布、及含聚乙烯短纖維的濕法非織布構成的三層復合膜為基材，經輻射接枝羧基和/或磺酸基官能團形成的復合隔膜。本發明提供的孔徑可控的濕法成型電池隔膜閉孔溫度低，熔斷溫度高，孔徑可控，儲液率高，并且經過輻射接枝處理后具有適度的透氣功能，透氣率約相當于常規非織布隔膜的15%，且電池隔膜的濕電阻低，有利于提高電池的放電平臺和低溫性能，在使用中不會產生泡沫，不存在電解質因泡沫溢出電池的風險，與常規多層膜疊合使用相比，使用更為方便，不會產生錯位和褶皺，生產成本低。

技術領域

本發明涉及一種電池隔膜技術領域，具體涉及一種孔徑可控的濕法成型電池隔膜及其制備方法。

背景技術

隨著全球能源危機日益加劇，以及環境問題的凸顯，可再生能源取代化石燃料逐漸成為趨勢。可再生能源的儲存和使用離不開化學電源的發展，在各種類型的化學電源體系中，鋰離子電池因其具有的高電壓、高比能量、長壽命等優點而成為最受青睞的二次電池。目前我國正致力于加強鋰離子電池在能源儲存系統以及新能源汽車等大型動力電池領域的應用，在2012 年國家通過了《節能與新能源汽車產業發展規(2012~2020 年)》，制定了由傳統動力汽車向電驅動汽車轉型的最終戰略目標，其中鋰離子電池是該領域儲能系統的最佳設備，因此鋰離子電池在國內市場前景巨大。

作為鋰電池的關鍵材料的隔膜，在其中扮演著隔絕電子的作用，阻止正負極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時，隔膜對于保障電池的安全運行也起至關重要的作用。在特殊情況下，如事故、刺穿、電池濫用等，發生隔膜局部破損從而造成正負極的直接接觸，從而引發劇烈的電池反應造成電池的起火爆炸。因此，為了提高鋰離子電池的安全性，保證電池的安全平穩運行，隔膜必須滿足以下幾個條件：（1）化學穩定性：不與電解質、電極材料發生反應；（2）浸潤性：與電解質易于浸潤且不伸長、不收縮；（3）熱穩定性：耐受高溫，具有較高的熔斷隔離性；（4）機械強度：拉伸強度好，以保證自動卷繞時的強度和寬度不變；（5）孔隙率：較高的孔隙率以滿足離子導電的需求。

當前電池隔膜使用的原料大多是合成纖維，缺少極性基團，親水性差，造成電池內阻大，不利于電極間離子傳遞，影響電池容量和循環壽命。為了改善他們的性能，必須對隔膜進行親水處理，以增加隔膜吸收電解液的能力。目前親水處理所使用的方法，主要有磺化處理和等離子處理。等離子處理的電池隔膜，存在著自放電大和內阻偏高缺陷。申請號為200610015843.4的中國發明專利申請《一種鎳氫電池隔膜的制備方法及其制品》，其中選用濃硫酸進行磺化處理，該工藝對溫度、時間的控制要求非常嚴格。選用濃硫酸會產生大量的廢酸，處理費用大且成本高。申請號為00108570.0的中國專利申請《電池隔膜及其電池》，使用發煙硫酸進行磺化處理，超細纖維易碳化，隔膜強度降低，生產成本高。

由于隔膜性能的優劣直接影響著電池內阻、放電容量、循環使用壽命以及電池使用的安全性能，故鋰電池制造對隔膜材料產品的一致性要求極高，除了厚度、表面密度、力學性能這些基本要求之外，對隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也都有很高的要求。但是現有的隔膜制造過程中存在著如下問題：（1）孔隙率難以控制：現有的隔膜制造過程中孔隙率難以控制，不能根據實際情況實現對孔徑的控制，阻力大，不能起到有效的阻隔正負極電解液通過和允許相應的離子通過的作用；（2）微孔易收縮：在使用中會出現微孔變小的現象，穩定性差；（3）微孔關閉溫度高：微孔需要特別高的溫度才能關閉，才能阻止離子的通過，不能保證電池的安全性能；（4）隔膜厚度高：隔膜厚度較厚，使得鋰電池的容量低、使用壽命短；（5）儲液率低 ，浸潤性差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種閉孔溫度低熔斷溫度高，孔徑可控，厚度低，儲液率高的濕法成型電池隔膜。

一種孔徑可控的濕法成型電池隔膜，所述電池隔膜是以聚烯烴微孔膜、熔融布、及含聚乙烯短纖維的濕法非織布構成的三層復合膜為基材，經輻射接枝羧基和/或磺酸基官能團形成的復合隔膜。