[发明专利]一种具有热闭孔功能的电纺复合隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，尤其是涉及采用电纺法制备的一种具有热闭孔功能的电纺复合隔膜。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、功率密度高、使用寿命长以及对环境友好等特点被广泛应用于消费类电子产品中，然而锂离子电池所存在的安全隐患严重阻碍了锂离子电池应用范围的扩展，如混合动力汽车、电动汽车等。热失控是造成电池安全隐患的主要原因，而热失控主要是由于过充、内部或外部短路或者是高热冲击等造成的。

目前解决锂离子电池安全性的手段主要从电池电极材料、电解液、电解液添加剂以及隔膜方面进行，其中通过隔膜实现电池的高安全性是当前研究的重点，而具有热闭孔功能的隔膜是确保电池安全性的最重要的手段。中国专利CN101794870A和CN102544414A均公开了利用无机颗粒（如氧化铝）的耐高温、化学性能稳定等特性来提高隔膜耐热稳定性，它在一定程度上提高了电池的安全性，但不涉及热闭孔问题。目前商业隔膜主要有PP、PE以及PP/PE/PP隔膜，其热闭孔温度分别约为165℃、135℃、135℃。为了提高隔膜的安全性，专利JP7304110A、JP8250097A、GB2298817A以及US5691007A分别公开了不同制作热闭孔隔膜的工艺并实现了热闭孔功能，热闭孔温度分别为135～140℃、124℃、135℃和132℃。文献A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles指出大部分电池充放电时的工作温度范围分别为-20～55℃和0～45℃，当电池温度上升至90～120℃时，固体电解质界面膜（SEI）开始放热分解；当温度超过120℃时，SEI膜完全瓦解，电极和电解液直接接触并产生副反应，随着温度的升高，电解液、电极分解，最终导致热失控，所以隔膜热闭孔温度应设计在90～120℃范围以内；专利US6080507A公开了一种热闭孔温度为115℃的三层隔膜制作工艺，指出隔膜的热闭孔温度应低于120℃，最好控制在95～115℃范围内。

上述专利均在一定程度上提高了隔膜的安全性，但由于热惯性的作用，电池内部的温度在热闭孔后仍然有可能继续上升并超过隔膜成分的熔点，使得隔膜熔化导致锂离子电池正负电极的直接接触，使得电池内部迅速升温产生热失控，并最终有可能引发爆炸。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现二次热闭孔功能，避免因热惯性的作用导致锂离子电池正负电极的直接接触，显著提高锂离子电池安全性的一种具有热闭孔功能的电纺复合隔膜。

所述具有热闭孔功能的电纺复合隔膜为无纺布结构，包括聚酰亚胺（PI）纳米纤维和低熔点聚合物纳米纤维；所述低熔点聚合物纳米纤维为含双马来酰亚胺（BMI）和偶氮二异丁腈（AIBN）的低熔点聚合物纳米纤维，聚酰亚胺（PI）纳米纤维与低熔点聚合物纳米纤维杂序交错。

所述具有热闭孔功能的电纺复合隔膜的厚度可为10～50μm。

所述低熔点聚合物纳米纤维的熔点可为90～110℃。所述低熔点聚合物纳米纤维的成分可为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丁二酸乙二醇酯等。

按质量比，所述聚酰亚胺（PI）纳米纤维含量与低熔点聚合物纳米纤维含量的比例可为（3～1）∶1；按质量比，所述双马来酰亚胺（BMI）与偶氮二异丁腈（AIBN）含量之和与所述低熔点聚合物纳米纤维含量的比例可为15%～25%，其中双马来酰亚胺（BMI）含量与偶氮二异丁腈（AIBN）含量的比例可为（60～40）：1。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明制备时，将各成分按比例配成电纺溶液，采用现有电纺装置，通过静电纺丝法制备即可得到。电纺复合隔膜的所需厚度可通过热压处理获得。本发明作为锂离子电池隔膜，是利用低熔点聚合物纳米纤维的熔化实现隔膜的第一次热闭孔功能，第一次热闭孔后形成聚合物绝缘层，温度继续升高后，该聚合物绝缘层熔化，BMI与AIBN则完全释放于锂离子电池电解液中，形成新匀相电解液体系，低熔点聚合物绝缘层熔化后所剩的PI纤维和BMI在AIBN的诱导下可原位聚合，形成固态绝缘体，从而实现隔膜的第二次热闭孔功能。此外，PI纳米纤维和BMI单体原位聚合后所得到的PI高聚物均为高温稳定性物质，是实现电池安全性的重要保证。由于电池内部温度上升将会使得BMI单体原位聚合后所得到的PI高聚物更加稳定，因此即使存在热惯性也不会破坏由新匀相电解液体系固化后形成的固态绝缘体。

附图说明

图1为本发明所述电纺复合隔膜的纤维组织示意图。