[发明专利]一种复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的聚烯烃锂离子电池隔膜及其制备方法，属于电池及电容器等储能器件应用领域。

背景技术

电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，是锂离子电池最关键的部分之一，对电池安全性有直接影响。其作用有：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；使电解质液中的离子在正负极间自由通过。电池隔膜隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路甚至爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。

目前，锂离子电池隔膜材料主要为多孔聚合物薄膜,如聚丙烯(PP)、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)膜，无纺布如玻璃纤维无纺布、合成纤维无纺布、陶瓷纤维纸，等等。聚烯烃薄膜作为锂离子电池隔膜材料的技术相对成熟，这是由于聚乙烯、聚丙烯微孔膜具有较高孔隙率、较低的电阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱能力、良好的弹性及对非质子溶剂的保持性能，故锂离子电池研究开发初期便采用它作为其隔膜材料。但聚乙烯、聚丙烯隔膜存在对电解质亲和性较差，且耐温性能有限(通常低于150℃)的缺点，使得电池的整体性能和安全性降低。对此，许多学者作了大量的隔膜改性工作，以期得到润湿性良好，耐温性高的改性隔膜材料，如通过聚烯烃表面接枝技术改善隔膜的润湿性能，通过表面涂覆聚合物及陶瓷材料等方法提高隔膜耐温性，等等。

总而言之，本技术领域的技术人员一直利用聚乙烯、聚丙烯膜的特殊结构与性能，对其进行聚合物/无机材料的改性研究，意图弥补单纯聚烯烃隔膜在电池应用中的缺点，进一步提高锂离子电池的安全性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术之缺陷、提供一种复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，该隔膜具有良好的润湿性,热关闭效应和热收缩小的特性。此外，本发明还要提供该电池隔膜的制备方法。

本发明所述技术问题是由以下技术方案实现的。

一种复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，所述电池隔膜由聚烯烃微孔膜一面或双面复合一层薄膜构成；所述薄膜由聚合物与无机填料溶于溶剂而形成；所述聚合物为聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP），所述无机填料为氧化物；所述聚合物与无机填料的重量比为100:2～30。

上述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，所述聚烯烃微孔膜为聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜/聚乙烯微孔膜/聚丙烯微孔膜三层复合膜。

上述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，所述无机填料颗粒直径为5～100nm，无机填料的比表面积≥200m2/g。

上述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，所述氧化物为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化镁、氧化钙或二氧化锆中的一种或其混合物。

上述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，所述溶剂为二甲基甲酰胺、磷酸三乙酯、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。

一种制备上述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜的方法，它按如下步骤进行：

a. 制备溶胶状聚合物：将聚合物和无机填料按配比(100:2～30)溶解于溶剂中，搅拌至完全溶解，形成溶胶状聚合物，备用；

b. 聚烯烃微孔膜表面预处理：将聚烯烃微孔膜进行电晕预处理，机器走速20m/min，电晕功率500W，电晕电压2～10千伏，备用；

c. 涂覆薄膜：将步骤a所得溶胶状聚合物经涂布机涂覆在经步骤b表面处理后的聚烯烃微孔膜的一面或双面，控制单面湿涂层厚度1～20μm,得涂覆湿薄膜的电池隔膜，备用；

d. 干燥得成品：将步骤c所得涂覆湿薄膜的电池隔膜转移至真空干燥箱中，干燥得复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜；其中，干燥温度为20～90℃，干燥时间＞20小时。

上述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法，所述步骤ａ中，聚合物与无机填料在氮气保护下溶解于溶剂，溶解温度为20～100℃。

本发明所述复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜，由聚烯烃微孔膜一面或双面复合一层含有聚合物与无机填料的薄膜构成；其中聚合物为聚偏氟乙烯-六氟丙烯，无机填料为氧化物；聚合物与无机填料的重量比为100:2～30。由于本发明采用了上述技术方案，使聚合物对隔膜的润湿性及界面性质得以提高，无机填料对隔膜耐温性能得以充分发挥。该电池隔膜具有好良的润湿性,热关闭效应和热收缩小的特性，其在130℃时热收缩率为3.5%。由本发明所制备的复合改性聚烯烃锂离子电池隔膜组装成电池后表现出了良好的循环性能，历经50次循环后，容量仍保持94.53%，大大改善了正负极材料与隔膜之间的界面性质。

附图说明