[發明專利]阻燃鋰離子電池復合隔膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110301231.6
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113193302B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 杜進橋;田杰;李艷;譚暢舒;曹元成;張煒鑫;程時杰
• 申請（專利權）人: 深圳供電局有限公司
• 主分類號: H01M50/414
• 分類號: H01M50/414;H01M50/403;H01M10/0525;A62C3/16
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 馬小悅

本發明涉及一種阻燃鋰離子電池復合隔膜及其制備方法和應用，該阻燃鋰離子電池復合隔膜的制備原料，按照質量百分比計，包括三聚氰胺甲醛樹脂80％～95％及金屬有機框架材料5％～20％。三聚氰胺甲醛樹脂作為基體，具有高溫下穩定性好、阻燃性、抗蠕變性能良好等優點。利用金屬有機框架材料的多孔性和比表面積大的特點，極大地增加了阻燃鋰離子電池復合隔膜的孔隙率，有利于鋰離子的通過。并且金屬有機框架材料中的金屬離子能夠與三聚氰胺甲醛樹脂中的亞氨基產生相互作用，進一步提升阻燃鋰離子電池復合隔膜的熱穩定性，使阻燃鋰離子電池復合隔膜具有大的比表面積和良好的熱穩定性，作為鋰離子電池隔膜具有良好的阻燃性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種阻燃鋰離子電池復合隔膜及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，鋰離子電池被認為是應用于混合動力和電動汽車的最有前景的動力電源之一。但由于電池隔膜的熱穩定性差，容易造成短路引起的安全事故，因此電池的安全性也成為人們關注的焦點。隔膜可以以物理方式阻隔正負極，防止其短路，是鋰離子電池中非常重要的安全組件之一，所以隔膜應具備優秀的化學和電化學穩定性、優異的耐熱性、力學性能以及優異的電解液潤濕和吸液性能。

傳統的鋰離子電池隔膜以聚烯烴類(聚乙烯、聚丙烯等)為主，這類隔膜具有生產工藝成熟等諸多優點，但美中不足的是，在高溫條件下尺寸穩定性較差，容易引進電池的安全隱患。由于目前隔膜不能保證電池的安全性，特別是在極端條件下，比如受熱，濫用或者過充，更嚴重的是隔膜的易燃性可引燃電解液導致爆炸。研究人員做了大量工作來改善聚烯烴隔膜的耐熱性，例如利用二氧化硅納米顆粒、陶瓷顆粒等無機材料進行涂覆，這些改良雖然在一定程度上改善了隔膜熱尺寸穩定性，但并不能真正阻止電池在極端條件下的熱失控。這是因為隔膜在電解液中長時間的浸泡會導致涂覆顆粒脫落而失效，并且商用聚烯烴隔膜的孔徑較小，容易造成堵塞而降低孔隙率，從而影響鋰離子的通過性。與此同時，聚烯烴類隔膜的潤濕性和吸液率也較差，應用在鋰離子電池中仍然不夠理想。

三聚氰胺甲醛樹脂(Melamine Formaldehyde Resin，簡稱為MFR)，又稱蜜胺甲醛樹脂、蜜胺樹脂，是由三聚氰胺與甲醛反應所得到的聚合物。三聚氰胺甲醛樹脂是優秀的耐熱阻燃性高分子材料之一，因為其低的熱導率、低煙毒性、高氮含量、以及無熔滴和無收縮的諸多優點，作為環氧樹脂阻燃劑被廣泛應用。基于上述優點，三聚氰胺甲醛樹脂可以看作是非常具有開發前景的隔膜材料。更重要的是，相比于聚乙烯或聚丙烯，三聚氰胺樹脂的價格更低，具有成本優勢。然而，三聚氰胺甲醛樹脂致密性高、作為鋰離子電池隔膜，電解液和鋰離子難以通過，會極大的增加電池內阻，降低鋰離子電池的電化學性能。

發明內容

基于此，有必要提供一種鋰離子容易通過且熱穩定性良好的阻燃鋰離子電池復合隔膜及其制備方法和應用。

本發明的一個方面，提供了一種阻燃鋰離子電池復合隔膜，其制備原料，按照質量百分比計，包括：

三聚氰胺甲醛樹脂 80％～95％；以及

金屬有機框架材料 5％～20％；

其中，所述金屬有機框架材料分散在所述三聚氰胺甲醛樹脂形成的基體中。

在其中一些實施例中，所述阻燃鋰離子電池復合隔膜的比表面積為74m²/g～268m²/g；所述阻燃鋰離子電池復合隔膜在200℃～400℃的失重率為4％～31％。

在其中一些實施例中，所述三聚氰胺甲醛樹脂的重均分子量為10萬g/mol～50萬g/mol。

在其中一些實施例中，所述金屬有機框架材料選自MIL-53系列、MIL-101系列及ZIF系列金屬有機框架材料中的至少一種。