[发明专利]一种叠涂复合锂电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叠涂复合锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂电池具有比能量高、体积小、重量轻、自放电少、长循环寿命、无污染等优点，得到了越来越广泛的应用，市场延伸到移动手机、手提电脑、数码摄像、电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动车、储能、航空航天、军车舰船、武器等诸多领域，是新能源产业的重要组成部分。

锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳组成。隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻（锂膜厚度、热稳定性、孔隙率、Mecmullin数、力学强度），进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能有重要作用。

目前大多数锂离子电池隔膜采用聚烯烃材料制造的微孔膜，尤其是消费类锂离子电池所用隔膜。由于各行各业对大功率、高速充放电锂离子电池的迫切需求，在使用过程中人们逐渐认识到该隔膜存在如下缺陷：促进枝状晶体析出容易刺破隔膜造成短路；电解液的润湿度低从而造成锂离子导电率低；耐温性能差，在过度充放电时往往产生的高温使隔膜大量收缩甚至融化，造成电极直接接触短路，从而引发火灾甚至爆炸造成人员伤害。尤其是动力锂离子电池，对隔膜的孔隙率、电解液润湿度、耐温性能、力学性能提出了更高的要求，纯聚烯烃隔膜已经不能满足锂电池使用和安全的需要。它制约了锂离子电池及相关行业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种叠涂复合锂电池隔膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种叠涂复合锂电池隔膜，在接枝PE微孔膜层的上下表面均依次复合有接枝PTFE微孔膜层和陶瓷涂层，陶瓷涂层的厚为0.001～7μm；接枝PTFE微孔膜层的厚为1～10μm；接枝PE微孔膜层的厚为5～25μm。

上述陶瓷涂层过厚容易剥离，过薄耐温性能不好。上述陶瓷涂层有亲电解液、阻止枝晶生成的功能。

上述叠涂复合锂电池隔膜耐刺穿强度高、孔隙率高、电解液润湿度高、耐高温、热稳定性好、内阻低、力学强度好、阻止枝晶生成、使用寿命长、高温关断性好、电解液渗透率高，可用于动力锂电池。

所述叠涂复合锂电池隔膜总厚为7.002～59μm；接枝PTFE微孔膜层的孔隙率为40～80%，孔径为0.1～2μm；接枝PE微孔膜层的孔隙率为30～45%，孔径为0.01～0.5μm。这样在节约材料的同时，可进一步提高隔膜的高温关断性和电解液渗透率。

上述叠涂复合锂电池隔膜的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、将接枝PE微孔膜的上下表面均叠放接枝PTFE微孔膜，并热压使它们复合为一体，得初始隔膜，热压温度为100～350℃，压力为0.3～6kg，线速度为0.5～50米/分；

B、将初始隔膜在陶瓷悬浮液中浸渍后，干燥、固化，即得；其中，干燥炉温度为50～200℃，固化温度为70～400℃；

陶瓷悬浮液中包含：纳米级陶瓷颗粒10-70份，聚合物粘结剂5～10份，增附剂1～3份，交联剂0.1～0.7份，溶剂13.95～43.05份，光引发剂0.4～0.85份，催化剂0.15～0.6份，固化剂0.3～0.9份；

纳米级陶瓷颗粒的直径为1～400nm，陶瓷颗粒含有Al2O3、TiO2、SiO2或ZrO2等无机纳米颗粒；

陶瓷悬浮液的制备为：将聚合物粘结剂、增附剂、交联、溶剂、光引发剂、催化剂和固化剂密闭均匀搅拌1～10小时后，逐渐加入纳米级陶瓷颗粒，加料完毕后，密闭搅拌4～24小时、去除泡沫、过1100-1300目不锈钢细筛，即得。

上述初始隔膜的张力≤6kg，优选≤4kg，更优选≤3kg。

上述纳米级陶瓷颗粒直径太小，则耐温性能下降，颗粒直径太大，陶瓷涂层变脆。陶瓷溶液中米级陶瓷颗粒含量过低，则涂层稀薄或露底，不能起到很好的耐温作用，如果含量过高则涂层易剥离且变脆。

步骤B中，浸渍后刮去多余的溶液并将膜两面压光，干燥过程也是烘去膜中的溶剂的过程。步骤B中，可也采用辊涂、刮涂、雕版印刷、喷雾、气相沉积等模式将陶瓷溶液涂覆在初始隔膜的上下两面，然后在50～200℃下干燥，70～400℃下紫外线固化，车速为1～30米/分，炉长为3～60米。