[發明專利]一種基于核孔膜的具有耐高溫、高熱導性的鋰離子電池隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202011525255.1
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112635911A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 劉建德;劉杰;孫友梅;姚會軍;曹殿亮;張琦忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H01M50/423
• 分類號: H01M50/423;H01M50/434;H01M50/443;H01M50/403;H01M50/449;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 吳愛琴

本發明提供一種基于核孔膜的具有耐高溫、高熱導性的鋰離子電池隔膜及其制備方法。制備方法包括：利用加速的高能重離子對聚酰亞胺薄膜垂直表面進行輻照，利用次氯酸鹽溶液對輻照過的聚酰亞胺薄膜進行刻蝕在聚酰亞胺薄膜上得到互相平行的直通孔，在PI核孔膜上涂覆高導熱率陶瓷納米顆粒。聚酰亞胺核孔膜具有孔徑一致，大小可控，孔密度方便可調的優點，可為鋰離子提供有效的通行孔道。聚酰亞胺表面涂覆的高熱導率的納米陶瓷顆粒，不僅進一步增加隔膜的機械強度、熱穩定性和耐熱性，而且在電池中對局部產生的熱進行及時疏導，采用了一種“疏”的策略防止熱的聚集，避免在電池中發生熱失控，從而保證使本發明制備的鋰離子電池隔膜提高鋰離子電池的安全性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種基于核孔膜的具有耐高溫、高熱導性的鋰離子電池隔膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的技術突破，創造了一個可充電的世界，奠定了無線，無化石燃料的社會的基礎，并且給人類社會帶來了巨大的利益。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、沒有記憶效應、工作溫度范圍寬、可快速充放電、使用壽命長、沒有環境污染等優點，被廣泛應用在便攜式電子產品和電動汽車領域。然而，近些年，手機和筆記本等便攜式電子設備和新能源電動汽車等的燃燒爆炸事故，將鋰離子電池的安全性問題推到了風口浪尖。

鋰離子電池的安全性是動力能源存儲、轉換最關注的問題。鋰離子電池的安全性主要由電池的熱失控引起。鋰離子電池的熱失控，并不是瞬間完成的，而是一個漸進的過程。這個過程，一般由過充、大倍率充放電、內短路、外短路、振動、碰撞、跌落、沖擊等原因引起，導致電池內部短時間內產生大量的熱，并不斷的累積，推動電池的溫度不斷上升。一旦溫度上升到內部連鎖反應的門檻溫度(約130℃)，伴隨著電池隔膜的熔化，鋰離子電池內部將會自發的產生一系列的放熱副反應，并進一步加劇電池內部的熱量累積和溫度上升，這一過程還會析出大量的可燃性氣體。當溫度上升到內部溶劑和可燃性氣體的閃點、燃點時，將會導致燃燒和爆炸等安全事故。

為了提高鋰離子電池的安全性，除了使用過程中避免濫用外，電池研究人員和生產廠家從正負極材料、電解液、隔離膜等主要成分入手，選擇化學穩定性和熱穩定性優良的材料，提高材料的阻燃特性，避免熱失控現象的發生。

增加鋰離子電池隔膜的機械性能和穩定性是提高鋰離子電池安全性的主要思路。隔膜的機械強度越高，電池發生微短路的概率就越小；隔膜的熱收縮率越小，電池的安全性能越好。陶瓷涂敷隔膜是現有的提高隔膜機械性能和熱穩定性的主要方法。陶瓷涂敷隔膜，就是將納米級陶瓷顆粒涂覆在隔膜上，其作用主要是提高隔膜的力學性能和耐熱收縮性，防止隔膜收縮造成大面積短路，防止鋰電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控。現有的陶瓷涂覆隔膜，很多是采用在制備商用PP/PE/PP多層復合微孔膜、PP或PE單層微孔膜的過程中，將納米氧化物陶瓷顆粒涂覆在隔膜之上，這種隔膜的化學結構穩定，力學強度優良，電化學穩定性好。

然而，這種氧化物的陶瓷涂覆隔膜中，氧化物陶瓷熱導率低，具有阻燃特性，所采用的是一種“堵”熱的策略來提高電池的安全性。這種“堵”的策略增加隔膜的機械性能，提高阻燃特性，使電池有一定的安全性改善，但熱量局限在一個很小的空間中，不利于熱量的散失，在局部熱量的積累也會增加熱失控的風險。并且，陶瓷涂覆膜的基膜通常都是PP或PE單層微孔膜或PP/PE/PP多層復合微孔膜，PP、PE膜的材質決定了其陶瓷涂覆膜不能耐160℃以上的高溫。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種復合膜材料。

本發明所提供的復合膜材料，包括：多孔的聚亞酰胺重離子徑跡基膜(即，聚酰亞胺核孔膜)和在所述基膜表面涂覆的具有高熱導率的納米陶瓷顆粒。

本發明的另一個目的是提供上述復合膜材料的制備方法。

本發明所提供的復合膜材料的制備方法，包括如下步驟：

1)聚酰亞胺(PI)薄膜的輻照