[发明专利]一种锂离子电池隔膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜及制备方法，具体涉及一种解决隔膜吸液性能，同时解决隔膜安全性能的锂离子电池隔膜及制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜是应用于锂离子电池中的起到隔离正负极防止电池短路同时具有一定的孔隙结构能够确保锂离子顺利通过的锂离子电池的重要组件之一。

通常锂离子电池隔膜所选材料都具有较好的电绝缘性能，影响其性能的主要因素是孔隙结构。随着锂离子电池高性能的发展趋势，锂离子电池隔膜的性能性能需求不断提高，高端锂离子电池特别是动力锂离子电池要求隔膜具有特定的孔隙结构，这不但关系着隔膜的离子通过性能，还影响着电池的安全使用性能。

专利CN103081171A中提出了一种含涂层的三层隔膜，其整体孔径要求为0.01～1μm，主要解决了三层隔膜的层合堵孔问题，其孔径范围过于宽泛，也未见对各层结构的孔径设计。

到目前为止，隔膜的孔径结构还处于比较简单的表征方式，主要指标是透气度和孔隙率，并且没有对隔膜材料的支化度进行特殊的要求。通常为了保证隔膜具有良好的吸液性能，通常要求隔膜的透气度要小，孔隙率要高，但透气度过小往往造成隔膜孔径过大，在电池安全性能测试时孔径不容易收缩造成闭孔慢的问题，致使针刺、热冲击等安全性能测试通过率低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种解决隔膜吸液性能，同时解决隔膜闭孔安全性能的锂离子电池隔膜。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池隔膜的制备方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种锂离子电池隔膜，其包括三层复合膜，由高分子量聚乙烯层/高密度聚乙烯层/高分子量聚乙烯层组成，所述高分子量聚乙烯层由支化度为15～80，分子量为50～300万的高分子量聚乙烯组成，所述高密度聚乙烯层由支化度为2～20，分子量为20～50万的高密度聚乙烯组成。

支化度是1000个碳原子含有的支链碳原子数。该锂离子电池隔膜的上下两层采用高分子量聚乙烯，支化度为15～80，分子量为50～300万，提供较好的强度和热收缩性，提高了亲液性能。优选的，所述高分子量聚乙烯层的支化度为40～60。中间层采用高密度聚乙烯，支化度为2～20，分子量为20～50万，可提供较小的孔径，提高离子通过性能，闭孔温度低，闭孔速度快。

外层结构的高分子量聚乙烯必须具有>15的支化度，中间层的高密度聚乙烯必须具有<20的支化度。本发明的电池隔膜要求聚烯烃材料具有特定的支化度，支化度大的聚乙烯分子间阻碍大，在热致相分离过程中大部分保持了原来的框架结构，使得制备的隔膜孔径较大，热收缩较小；而支化度小的聚乙烯分子间阻碍较小，在挤出物冷却发生热致相分离时聚乙烯分子间距离缩小，原来的孔径结构收缩所以形成细孔径结构。

作为本发明的进一步技术方案，所述高分子量聚乙烯层的孔隙率大于45%，所述高密度聚乙烯层的孔隙率为30～45%。

作为本发明的进一步技术方案，所述高分子量聚乙烯层的平均孔直径为0.15～0.3μm，所述高密度聚乙烯层的平均孔直径为0.02～0.15μm。

优选的，所述高分子量聚乙烯层的平均孔直径为0.2～0.25μm，所述高密度聚乙烯层的平均孔直径为0.04～0.08μm。

本发明的电池隔膜中间层具有较小的孔径，在高温试验时可以及时地闭合孔径，关闭电流，提高电池的安全性能。另外，由于孔径较小，具有较好的毛细管吸液能力，能提高隔膜的浸润速度。本发明的电池隔膜外层具有较大的孔径和较小的热收缩，有利于降低电解液的接触角，提高隔膜的浸润性能，同时具有较小的热收缩，防止隔膜受热过程中隔膜收缩造成电池极片直接接触。

电池隔膜的孔径如果超过0.3μm，容易使正负极材料的金属微粒穿过隔膜，起不到隔膜的隔离作用。如果孔径小于0.02μm，容易使隔膜的浸润性能变差，较大的影响电池的离子传输性能，宏观表现为电池的功率性能差。本发明经过研究发现，孔径如果超过0.3μm，电池在高温130℃热冲击时非常容易冒烟起火，从而影响电池隔膜的安全性能。130℃的热冲击安全性能试验是电池行业的硬性要求，发生这种现象主要是因为孔径过大，聚乙烯微孔闭合性能失效，电池继续升温导致隔膜熔破而发生短路。

作为本发明的进一步技术方案，所述电池隔膜的总厚度为12～40μm，为了保持良好的闭孔性能，所述高密度聚乙烯层的厚度大于等于3μm且小于等于总厚度的2/3。电池隔膜的厚度过大，将会导致单位体积的电池正负极材料减少，降低电池的容量。