[發明專利]一種纖維增強的鋰離子電池薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010184448.9
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111341981A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 鄭智博;張藝;于穎;李華;錢超;蔣星;池振國;許家瑞
• 申請（專利權）人: 中山大學;深圳市研一新材料有限責任公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M10/0525
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開了一種纖維增強的鋰離子電池薄膜及其制備方法，屬于鋰離子電池隔膜技術領域，本發明將聚合物纖維分散在膠黏劑溶液中，然后涂布于聚烯烴膜上，真空干燥后，使聚合物纖維黏結在聚烯烴膜基底上，得到纖維增強的聚烯烴膜材料，使用本發明方法制備的聚烯烴類鋰電池復合隔膜，具有良好的熱穩定性，130℃下處理1h，其熱收縮率在5％以內，克服了常規的聚烯烴隔膜在高溫時易出現大尺度體積收縮，從而導致鋰離子電池的安全問題，這種制備方法操作簡便，且涂布材料較輕，實用性強，具有工業化應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池隔膜技術領域，特別是涉及一種纖維增強的鋰離子電池薄膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一類高效、清潔的新能源，具有能量密度高、循環壽命長、環境友好、無記憶效應、自放電率低等優點。目前已經廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車、電網儲能等新能源領域。

鋰電池隔膜可以防止電池正負極直接接觸而產生短路現象，同時在電化學反應時傳遞電解質離子，使電池形成完整回路。目前，鋰離子電池隔膜材料主要是單層或多層的由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、以及聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯等聚烯烴微孔薄膜。但是，聚烯烴隔膜的熱穩定性比較差，當鋰離子電池溫度過高時，聚烯烴隔膜會收縮，從而導致鋰離子電池短路，以致電池過熱發生爆炸或著火，產生安全問題。

目前，增強聚烯烴類鋰電池隔膜熱穩定性的方法主要有：薄膜表面接枝耐熱基團、薄膜材料交聯、添加耐熱涂層等方式。薄膜表面接枝耐熱基團以及薄膜材料交聯可以有效提高聚烯烴類隔膜的熱穩定性，但其操作步驟復雜，效率較低，難以實現工業化生產；添加耐熱涂層易堵塞膜表面的孔結構，降低電池效率。

發明內容

本發明針對鋰離子電池聚烯烴隔膜的穩定性差、改性方法結構復雜等問題，提供一種纖維增強的鋰離子電池薄膜及其制備方法，采用該方法制備的隔膜為復合膜，以聚烯烴隔膜為基底材料，粘結聚合物纖維，形成纖維增強改性的復合薄膜，從而提高隔膜的熱穩定性以及尺寸穩定性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種纖維增強的鋰離子電池薄膜，所述鋰離子電池隔膜的組成材料包括：聚烯烴膜基底、用于增強聚烯烴膜基底的聚合物纖維、用于粘接聚合物纖維的黏結劑。

進一步地，所述聚烯烴膜基底包括：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯/聚丙烯復合膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復合膜。

進一步地，所述用于增強聚烯烴膜基底的聚合物纖維包括：聚酰亞胺纖維、聚酰胺纖維、芳綸纖維、聚酯纖維中的一種或者幾種，包括其微米級纖維和納米級纖維，它們都具有優良的耐熱性能和機械性能。

進一步地，所述用于粘接聚合物纖維的黏結劑包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯膠乳(SBR)或聚氨酯。

本發明還提供了一種上述的纖維增強的鋰離子電池薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將黏結劑于有機溶劑或水中溶解，制備相應的黏結劑溶液；

(2)將用于增強聚烯烴膜基底的聚合物纖維分散在黏結劑溶液中；

(3)將所述分散有聚合物纖維的黏結劑溶液涂布在聚烯烴隔膜上，然后真空干燥，得到所述纖維增強的鋰離子電池隔膜。

進一步地，步驟(1)中，所述黏結劑溶液的質量濃度為0.3％～10％。

進一步地，步驟(1)中，所述有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、異丙醇、二甲基亞砜、氯仿、四氫呋喃中的一種或者幾種。

進一步地，步驟(2)中，所述用于增強聚烯烴膜基底的聚合物纖維在黏結劑溶液中的質量濃度為0.1％～3％。