[发明专利]一种耐温性安全锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐温性安全锂离子电池隔膜及其制备方法。 

背景技术

近年来由于聚烯烃锂离子电池隔膜是市场的主流，其材料本身不耐温的性能和制造缺陷使得锂离子电池的使用安全性能受到质疑。因此，通过改进锂离子电池隔膜的性能提高锂离子电池的安全性问题受到了越来越多的关注，国内外各大院校及相关研究所、锂离子电池隔膜制造企业和锂离子电池制造单位掀起了一股突破锂离子电池隔膜安全性的热潮，各种各样的里锂离子电池隔膜层出不穷：陶瓷涂层聚烯烃隔膜、耐温聚合物纤维无纺布陶瓷涂层隔膜、PVDF涂层聚烯烃隔膜、PVDF隔膜等，除了陶瓷涂层隔膜已经规模化生产之外，其余的都处于实验研发阶段，但陶瓷涂层隔膜的涂层工艺为：利用现有的干法锂离子电池隔膜（单向拉伸PP、PE和双向异步拉伸PP）在其上直接涂敷水溶性或油性纳米陶瓷溶液，低温烘干（40～60℃），其结果为：陶瓷涂层与基材聚烯烃微孔隔膜不能形成一个有机的整体，尤其是陶瓷与聚烯烃膜的结合界面强度很弱，造成了陶瓷涂层部分脱落（涂层洞）或大面积脱落。并且这种陶瓷涂层锂离子电池隔膜因为界面结合不牢在分切时产生很多粉末。最为严重的问题是，这样的隔膜组装进电池内部后，涂层脱落，不仅没有提高锂离子电池隔膜的安全性，反而因为脱落的陶瓷纳米粉片而影响了锂离子电池的电性能。所以直到目前为止，因锂离子电池隔膜本身性能造成的锂离子电池安全问题依然没有解决，这是制约锂离子电池制造水平的一个技术瓶颈。 

发明内容

本发明的目的是提供一种耐温性安全锂离子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： 

一种耐温性安全锂离子电池隔膜，包括基础层和复合在基础层上、下表面的陶瓷涂层；所述基础层的原料包括：纳米分散剂、无机纳米颗粒、抗氧剂、PTFE分散液、聚乙烯粉 和石蜡油，所述抗氧剂的质量用量为聚乙烯粉质量的0.1～0.5%；无机纳米颗粒的质量用量为聚乙烯粉质量的1～6%；PTFE分散液的质量用量为聚乙烯粉质量的0～30%；聚乙烯粉的质量用量为石蜡油质量的5～40%；纳米分散剂与无机纳米颗粒的质量比为（1：20）～（1：90）；PTFE分散液的固含量为50～60%。 

申请人经研究发现：通过将基础层的原料中加入纳米分散剂和PTFE分散液可使基础层的原料得到更加充分的分散，各物料之间起到了意料不到的协同效应，等得到均匀稳定的分散体，为制备基础层打下很好的基础，且所得基础层与陶瓷涂层有着很好的粘附效应，二者能形成一个稳定的整体，使用过程中不存在脱落现象，有效延长了隔膜的使用寿命。 

为了能使原料部分分散的更加均匀彻底，同时进一步增强各物料之间的协同效应，纳米分散剂为全氟羧酸、全氟聚醚、硬脂酸、十二烷酸、焦磷酸钠、偏磷酸钠、水玻璃、醇类、长链脂肪酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基本磺酸钠、聚合物电解质或高分子分散剂中一种或两种以上任意配比的混合物。 

为了进一步增强分散效果，上述高分子分散剂为九水合硅酸钠、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯中一种或两种以上任意配比的混合物。 

无机纳米颗粒为三氧化二铝、二氧化钛、氧化锆、氧化硅、氧化铈、碳酸钙或沸石中一种或两种以上任意配比的混合物，无机纳米颗粒直径为30～600nm，较好的是40～500nm，最好的是40～400nm。 

所述聚乙烯粉为高密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯或两者任意配比的混合物；抗氧剂粒径≤150μm。 

所述聚乙烯粉粒径≤100μm，较好的是≤80μm，最好的是≤60μm，分子量为100～400万，较好的是110～380万，最好的是130～360万；抗氧剂粒径≤120μm，最好的是≤100μm。 

为了达到更好的分散效果，PTFE分散液的粒径为100～500nm，较好的是100～400nm，最好的是100～300nm。 

上述耐温性安全锂离子电池隔膜的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：采用超声波分散和添加纳米分散剂的方法将无机纳米颗粒、抗氧剂、PTFE分散液和聚乙烯粉分散在石蜡油中，形成均匀的悬浮液；利用湿法双向同步拉伸工艺将所得悬浮液拉制成膜；在所得膜上制备陶瓷涂层，即得。 

上述超声波分散指采用高速搅拌或高剪切分散或胶体磨等设备结合超声波分散技术，成膜时，利用现有的PE锂离子电池隔膜湿法双向同步拉伸设备与工艺拉制成膜，然后再利用现有锂离子电池隔膜陶瓷涂层设备和工艺进行陶瓷涂层，形成本发明最终的隔膜。