[發明專利]一種鋰電隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010963608.X
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112002864A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 吳蘇州;李嬌;陳俊孚;任嵬
• 申請（專利權）人: 武漢市晶博特科技有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 李明香

本發明涉及鋰電隔膜制備領域，特別是一種鋰電隔膜及其制備方法，該鋰電隔膜為具有微孔結構的聚四氟乙烯多孔膜，其制備步驟主要包括成膜溶液的制備、溶液相轉化成膜、膜結構高溫轉化及膜后處理等步驟。本發明的鋰電隔膜主要由聚四氟乙烯樹脂構成，孔隙率高、微孔結構發達，同時機械性能和耐高、低溫性能較傳統聚烯烴隔膜更強，實現了優化隔膜結構、提高隔膜性能、降低隔膜成本的多重效果，在高性能鋰電池領域具有良好的應用前景。本發明的制備工藝簡單易行，成本低廉，環境友好，有利于大規模推廣。

技術領域

本發明屬于鋰電隔膜制備技術領域，具體涉及一種新結構鋰電隔膜及其制備方法。

背景技術

在鋰電池中，隔膜的主要功能是保持正極和負極隔開，以防止短路，同時允許電解液離子的快速轉移，是鋰離子電池重要的組成部分。隔膜的性能會直接影響電池的特性，如電池的容量、內阻、倍率、循環和自放電等性能。目前，聚烯烴類隔膜因良好的機械性能、化學穩定性能、高溫自閉性能而廣泛應用于鋰離子電池隔膜材料中，但其耐熱收縮性、阻燃性較差，當電池溫度不斷升高時，隔膜易發生熱收縮、甚至熔斷，正負極就會直接接觸而產生內短路，引起電池溫度急劇升高，達到正負極材料熱分解溫度，進而造成電池冒煙、著火甚至發生爆炸。

為了改善隔膜熱穩定性，中國專利CN105845870A提供一種在聚烯烴隔膜表面涂敷陶瓷涂層漿料鋰離子電池復合隔膜，改善隔膜的熱收縮性能。但是陶瓷涂層會增加隔膜厚度，增加電池內阻，使電池能力密度減低，同時提高隔膜成本。中國專利CN106898720A通過由芳香族聚酰胺、凝膠聚合物、金屬氫氧化物組成的功能涂層涂覆聚烯烴隔膜表面，提高電池隔膜耐熱、阻燃性能。同時，人們利用聚酰亞胺(PI)材料的高耐熱性，開發了一種高孔隙率的電紡PI納米纖維電池隔膜。這種高孔隙率PI納米纖維隔膜在350℃高溫下不收縮，并具有耐過充過放、高倍率性能和高循環性能等特點，使鋰離子電池的電化學性能得到了大幅度提高。然而，由于這種電紡納米纖維隔膜是一種由纖維堆積的非織造布，具有過高的孔隙率和過大的表面孔徑，導致電池的荷電保持率較低，常出現微短路現象，尤其是當電池隔膜厚度較低時，如低于20微米，這種情況出現的幾率相當高。

因此，開發一種兼具優異結構和耐溫性能的鋰離子電池隔膜顯得尤為迫切。針對傳統工藝的不足，本發明利用相轉化和高溫燒結兩步工藝制備了一種新型結構的鋰電隔膜，該隔膜結構和性能優異，成本較低。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種新型結構鋰電隔膜及其制備方法，本發明方法制備的鋰電隔膜具有更優的孔道結構和更優的耐高溫性能，同時制備成本更低，在高端鋰離子電池領域具有良好的應用前景；且本發明生產工藝簡單、成本低、環境友好，可滿足大規模工業化生產的需要。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案為：

一種鋰電隔膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)成膜溶液的制備：選取熱分解溫度較低、溶解性良好的樹脂為犧牲樹脂，將其與聚四氟乙烯樹脂粉末按一定比例混合，之后加入溶劑配制成一定濃度的成膜溶液，經脫泡后備用；

(2)將步驟(1)中制備的成膜溶液在潔凈的玻璃板表面利用刮刀刮制成一定厚度的濕膜，然后在一定溫度、濕度的環境中靜置一定時間，再將上述載有液膜的玻璃板置于過量的凝固浴中靜置一定時間，之后將樹脂膜從玻璃板表面剝離、烘干，備用；

(3)將步驟(2)烘干的樹脂膜置于高溫爐中，在一定氣氛、一定溫度下進行高溫處理，然后取出隔膜，并在乙醇、去離子水中漂洗、烘干，即得所述鋰電隔膜。

優選的，步驟(1)中所述的聚四氟乙烯樹脂為顆粒狀，粒徑約為50-200nm。

優選的，步驟(1)中所述犧牲樹脂的分解溫度低于聚四氟乙烯的分解溫度，其在溶劑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的溶解度大于10％。