[发明专利]一种锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池隔膜材料主要为聚烯烃隔膜，如单层聚丙烯(PP)微孔膜、单层聚乙烯(PE)微孔膜以及三层PP/PE/PP复合膜。聚烯烃隔膜的熔点较低：PE隔膜的闭孔温度为130～140℃，PP隔膜为150～166℃，隔膜受热时易收缩，正负极直接接触会导致锂离子电池短路，高温时容易破膜，造成锂离子电池解体或爆炸。

除主流的聚烯烃隔膜之外，无纺布陶瓷隔膜、纤维素隔膜、PVDF微孔膜、静电纺丝隔膜等高性能锂离子电池隔膜也正蓬勃发展。德国赢创德固赛公司生产的隔膜，采用PET无纺布和陶瓷涂层技术，可耐200℃以上高温，已在戴姆勒公司E-1纯电动跑车上使用；日本高度纸公司生产的纤维素隔膜已在日本东芝公司2.4V/20Ah纯电动汽车锂电池上成功使用；美国PPT公司的隔膜，采用无纺布表面涂布微孔PVDF涂层，已成功通过-20℃超低温电池循环性能检测；美国杜邦公司的隔膜和国内江西先材、首科喷薄等公司采用静电纺丝制备的耐高温PI隔膜，也实现了中试规模生产与运用。

德国赢创德固赛公司的CN 100397681C、CN 1679183A、CN 101425570A等发明专利，已公开无纺布陶瓷隔膜的制备方法，该隔膜是以无纺布为基材，以氧化铝为主要成分的无机涂料，利用辊涂、膜转移或者凹辊印刷等技术对无纺布基材进行涂布，获得耐高温的陶瓷锂电隔膜，但该隔膜在振动、卷曲、折叠过程中容易掉粉，隔膜一致性较差。

本发明采用的锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜是一种新型锂离子电池隔膜，在锂离子电池中使用目的是为了提高锂离子电池的安全性能，与聚烯烃隔膜相比，纳米纤丝陶瓷隔膜具有耐高温、耐滥用和高吸液率等性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺点，提供一种锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜，其特征在于，包括纳米纤丝基材，所述的纳米纤丝基材的两面涂布有无机涂料，所述的纳米纤丝基材包含纤维素纳米纤丝和超细玻璃纤维。

优选地，所述的纳米纤丝基材的平均孔径为0.5～5μm，孔隙率为50～80％，厚度为8～12μm。

优选地，所述的纳米纤丝基材的制备方法为：将纤维素纳米纤丝、超细玻璃纤维和去离子水加入卧式砂磨机中分散形成混合浆料，再使用纸机湿法抄造形成纳米纤丝基材。

更优选地，所述的混合浆料的固含量为35wt％～45wt％。

更优选地，所述的卧式砂磨机的转速为1000-2000rpm，砂磨时间为15-45min，研磨介质为平均粒径为0.1-0.3mm的氧化锆珠。

优选地，所述的纳米纤丝基材中含有的纤维素纳米纤丝的重量百分比为60～80％，超细玻璃纤维的重量百分比为20～40％。

优选地，所述的纤维素纳米纤丝的平均直径为100～300nm，长径比为50～200。

优选地，所述的纤维素纳米纤丝的原料为杨木木粉。

优选地，所述的超细玻璃纤维的平均直径为0.4～1.8μm，长径比为50～100。

优选地，所述的超细玻璃纤维为电子级无碱玻璃纤维。

优选地，所述的无机涂料由氧化铝粉体、丁苯胶乳和去离子水组成，其中氧化铝粉体的重量百分比为30～50％，丁苯胶乳的重量百分比为10～20wt％，去离子水的重量百分比为30～60％。

优选地，所述的氧化铝粉体的平均粒径为80nm，纯度为99.99％；丁苯胶乳的固含量为48wt％。

本发明还提供了上述的锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于，包括将无机涂料浸渍涂布在纳米纤丝基材两面，在105℃下烘干30min，得到锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜。

所得的锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜的平均孔径为50～100nm，孔隙率为40～60％，厚度为12～20μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜具有优良润湿性能，与聚烯烃隔膜(PP和PE隔膜)相比，对电解液具有较好吸液和保液能力。

2、本发明所提供的锂离子电池用纳米纤丝陶瓷隔膜与德固赛等公司的无纺布陶瓷隔膜(PET基材涂覆陶瓷)相比，孔隙率高，孔径小，具有较高的离子穿透性、较低电阻以及电化学性能稳定，还具有优良的机械性能，可有效防止电池短路和枝晶刺穿。