[发明专利]一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种电池隔膜，具体讲涉及一种新型锂离子电池复合隔膜及其制备方法。

【背景技术】

锂离子电池的隔膜起着阻隔正负极以防止短路，而同时又允许电解液离子自由通过实现离子传导的作用。隔膜对电解液的亲和力及输运锂离子的能力是影响电池寿命的重要因素。从电池安全性角度讲，隔膜是直接影响其安全性的内在因素。现有的锂离子电池隔膜一般是用聚烯烃等高分子化合物制备的，这类材质隔膜的优点是孔径可控、材料成本低、化学稳定性好，但无论聚乙烯、聚丙烯还是其他热塑性高分子材料，都具有热稳定性差、机械强度低的缺点，在电池过热或出现锂结晶时会收缩变形、熔化或刺穿，失去绝缘作用而出现内短路，继而引发热失控，最终导致出现安全问题。

现有的有机的隔膜材料表面复合无机陶瓷氧化物涂层的技术方案中，结合了有机物的柔性和无机物良好热稳定性，制备出有机底膜-无机涂层复合的锂离子电池隔膜，在充放电过程中，即便发生大面积正、负极短路后仍能保持隔膜完整性，但该法成本高、工艺复杂，其隔膜表面的无机涂层容易脱落，这一方面导致隔膜性能退化，另一方面脱落的涂层碎粒会阻塞薄膜孔隙，影响电池倍率性和安全性。已有的SiO2和PVDF等有机-无机复合隔膜不仅制造成本高，而且耐热性及热缩性仍需进一步提高。所以需要开发一种耐热性能更好的无机隔膜或无机/有机复合隔膜来提高电池的耐高温性。

【发明内容】

本发明提供了一种新型锂离子电池复合隔膜及其制备方法，制备出均相的具有较高的热稳定性及力学性能的氧化铝-聚乙烯薄膜，具有可使锂离子通过的孔径及孔隙率，能够应用于锂离子电池。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型锂离子电池复合隔膜，所述隔膜是由按质量份计的下述成分制备的：氧化铝粉末100份、铝酸酯偶联剂20-40份、聚乙烯树脂80-140份。

本发明的另一优选技术方案为：所述氧化铝的粒径为5～15μm。更优选的，所述氧化铝为多孔氧化铝，其孔径为0.01～1μm。选择孔径为0.01～1μm的氧化铝粉末，其目的在于隔绝正负极材料，并使锂离子顺利通过隔膜。若孔径太小，则锂离子不能顺利通过；若孔径过大，则耐热性、机械强度和绝缘性能将下降。

本发明的又一优选技术方案为：所述铝酸酯偶联剂为熔融温度55～65℃，热分解温度＞320℃的蜡状固体。

本发明的再一优选技术方案为：所述聚乙烯树脂的分子量为5～20万，优选的为1～15万。

本发明所述新型锂离子电池复合隔膜的方法包含以下步骤：

(1)用质量浓度为3％～8％的盐酸溶液浸泡氧化铝12～24h，氧化铝与溶液的体积比为1：1～4，滤纸擦去氧化铝表面液体，放入正硅酸乙酯和乙醇的体积比为1：10～20的溶液中，水浴50～80℃下机械搅拌30～80rpm反应20～35h，反应结束后60～90℃干燥2～8h，移入马弗炉100～150℃煅烧2～4h，冷却至室温，用去离子水超声振荡清洗，将清洗完的氧化铝浸入质量分数为0.5％～2％的盐酸溶液中处理12～24h，使其表面获得活性羟基，用去离子水洗涤至中性，60～90℃干燥；

(2)将步骤1中表面获得活性羟基的氧化铝与铝酸酯偶联剂按5：1～2的质量配比放入捏合机80～120℃混合10min，使其表面生成碳-碳双键基团；

(3)将联合引发剂、聚乙烯树脂与步骤(2)中经铝酸酯偶联剂处理过的氧化铝放入双螺杆挤出机，挤出机温度控制为90～135℃，50～100r/min，使聚乙烯接枝到氧化铝表面，增强氧化铝膜韧性，挤出物冷却方式为水冷；

(4)以二苯醚DPE作为稀释剂，将氧化铝-聚乙烯与二苯醚按2：3质量配比与甲醇同时注入双螺杆挤出机，温度控制在110～180℃，转速20～60r/min，使其成为均相，挤出后淬冷固化；

(5)将步骤(4)固化后的产品置于双向拉伸机上，鼓风并以60～100℃加热，双方向拉伸，拉伸速率为2～10mm/min，拉伸强度为100～300MPa，双向拉伸比为3～7：1，使其为具有孔径0.03μm～0.1μm，孔隙率30％～40％的隔膜，冷却方式为冰水混合物冷却。

本发明所述的制备方法，优选的，步骤(3)中所述联合引发剂为过氧化二苯甲酰与偶氮二异丁腈。更有选的，过氧化二苯甲酰与偶氮二异丁腈的质量比为3：7。再一优选的，步骤(3)中联合引发剂、聚乙烯树脂与步骤2中经铝酸酯偶联剂处理过的氧化铝按质量比0.2～0.5：5：2～8加入双螺杆挤出机。

优选的，本发明所述的氧化铝粉末，是由以下步骤制备得来：