[發明專利]一種鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010417300.5
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111653711B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 魏真真;郭雪松;顧嘉怡;張軼茁;趙燕
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01M50/44
• 分類號: H01M50/44;H01M50/457;H01M50/403;H01M10/0525
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜及其制備方法，鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜由3層纖維復合膜層合而成；各層纖維復合膜都為纖維上固著有納米二氧化硅顆粒和粘性物質的蠶絲納米纖維膜；由外至內沿厚度方向各層纖維復合膜的平均孔徑遞減，納米二氧化硅顆粒含量遞減；制備方法為：將3張平均孔徑不同的蠶絲納米纖維膜各自浸泡于不同納米二氧化硅顆粒濃度的粘性物質水溶液中，蠶絲納米纖維膜的平均孔徑越大其對應的納米二氧化硅顆粒濃度越大，取出干燥后，按一定形式進行疊放再熱壓層合即得鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜。本發明的制備方法簡單，產品的熱尺寸穩定性和耐穿刺性能優越，提高了鋰電池隔膜的安全性，極具應用前景。

技術領域

本發明屬鋰離子電池制造技術領域，涉及一種鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜及其制備方法。

背景技術

隔膜作為電池的重要組成部分，雖不直接參與電化學反應，但在電池中起著隔離正負極、提供離子傳輸通道、防止電池內部短路的作用，其結構和性能對電池的使用和安全性能有著重要影響。近年來，隨著電動汽車、混合動力汽車、智能電網等大規模儲能設備的應用，能夠提供更高能量密度的鋰金屬電池得到快速發展。然而，在鋰金屬電池充放電過程中電池負極會產生鋰枝晶，枝晶的形成和生長會使電池的庫倫效率降低、循環使用壽命下降，同時鋰枝晶會刺穿隔膜造成電池短路引起失火或爆炸等安全問題。而且，電池隔膜是被夾在正負極之間的膜材料，需要承受很大的壓力。即為了防止短路，隔膜必須具備一定的抗穿刺強度。聚烯烴隔膜是目前市面上廣泛使用的鋰電池隔膜，一方面，聚烯烴隔膜的耐穿刺強度和高溫尺寸穩定性較差，不利于鋰電池的安全使用；另一方面，隨著鋰電池市場規模的不斷擴大，鋰電池隔膜的需求量也將迅速增加，石油基聚烯烴隔膜的大量使用勢必會增加環境負擔。因此，開發一種具有優良的熱尺寸穩定性以及耐穿刺性能的生物質隔膜及其制備方法極具現實意義。

目前通過提高隔膜的力學性能如斷裂強度、模量等可在一定程度上提高隔膜的耐穿刺性能，使用方法多數是在聚烯烴隔膜上涂覆無機納米顆粒，這種方法也能在一定程度上提高隔膜的熱穩定性，但多數存在無機層與有機隔膜間的粘附力較弱，無機顆粒易脫落污染電解液等問題。專利CN201910668433.7公開了一種鋰離子電池隔膜，該隔膜包括基膜和涂層，該方法雖然使用電泳技術使涂層更加均勻，附著力增強，但隔膜致密度大大提高，使得隔膜的孔隙率減小，不利于離子導通。實用新型專利CN201920388886.X涉及一種抗撕裂納米纖維隔膜，纖維膜的孔隙率較大可保證離子之間的導通，但層與層之間缺少了粘結容易分層，同時隔膜的力學性能和熱學性能因缺少無機物質而提高程度有限。專利CN201811224175.5公開了一種靜電紡絲制備的纖維隔膜，表面涂覆無機陶瓷，雖然隔膜的孔隙率和耐高溫性能都得到提高，但無機陶瓷與有機纖維間的粘附力仍較弱。同時上述公開專利中使用的基材或是聚烯烴隔膜，或是其他有機聚合物，不利于隔膜材料的回收利用與環境的可持續發展。

因此，開發一種具有優良的熱尺寸穩定性以及耐穿刺性能的生物質隔膜及其制備方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是通過設計一種鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜的方法，以提高電池隔膜的熱尺寸穩定性和耐穿刺性能，提高隔膜的使用安全性與回收利用性。本發明首先是以蠶絲類的生物質材料為原料，利用靜電紡絲技術制備具有不同孔徑結構的蠶絲納米纖維膜；其次將上述納米纖維膜浸入分散有納米顆粒的粘性物質溶液，形成有機無機復合的納米纖維復合膜；最后將不同的納米纖維復合膜以孔徑尺寸和顆粒含量梯度變化的形式層合起來形成多層次多組分的納米纖維復合膜。本發明制備的鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜能夠顯著提高隔膜的熱尺寸穩定性和耐穿刺性能。

本發明的目的之一是提供一種具有優良熱尺寸穩定性和耐穿刺性能的鋰電池隔膜用生物質纖維復合膜，是無機顆粒增強的有機納米纖維復合膜，并且是多層的不同平均孔徑、不同無機顆粒含量的納米纖維膜的結構。