[发明专利]一种复合锂离子电池隔膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合锂离子电池隔膜材料及其制备方法。所述电池隔膜材料为三层结构，其中，第一层和第三层为聚合物多孔薄膜，且该两层聚合物多孔薄膜的相对侧均附着有无机颗粒；中间层为浸渍聚合物粘合剂的无纺布。制备方法为：先将均匀分散在挥发性溶剂中的无机纳米颗粒涂到玻璃板上，待溶剂挥发后再将聚合物溶液涂到玻璃板上，得到一侧附着无机颗粒的聚合物多孔薄膜；最后将附着有无机颗粒的多孔薄膜与浸渍过聚合物粘合剂的无纺布进行热轧复合。本发明提供一种类似三明治结构的电池隔膜材料，除了具有吸液率高，孔径分布均匀，润湿性好，耐热性好等优良特性外，还改善了与电极材料的界面稳定性，提高了电池的安全性能，循环性能以及倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种复合锂离子电池隔膜材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

相对于其它电池，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、操作电压高、无记忆效应等优点从而被广泛应用到日常生活的电子产品中，如笔记本、手机、数码相机等等。然而，锂离子电池的安全隐患、倍率性能差、成本高等缺点制约着其在动力和储能型电池领域的应用。

隔膜是一种置于正负极之间的多孔材料，其主要作用是隔绝正负极，防止其发生短路，同时允许锂离子在隔膜中快速传输。目前商业化的锂离子电池隔膜主要是PP、PE、PP/PE/PP等聚烯烃多孔隔膜，主要生产方法为湿法双向拉伸、干法单向拉伸和双向拉伸等。然而这些隔膜热稳定性差，遇到高温时易收缩，增加了电池的安全隐患。同时，商业化聚烯烃隔膜的电解液润湿性差、电极亲和力低、吸液率低，影响了电池的电化学性能；此外，聚烯烃电池隔膜的成本高，占据着整个电池成本的10-20%。

专利“一种复合纳米锂离子电池隔膜及其制备方法”（申请号：201110231237.7）公开了一种将商用聚烯烃隔膜和静电纺纳米纤维复合的结构和制作工艺。该复合纳米纤维锂离子电池隔膜提高了隔膜的润湿性、耐温性、以及与正负极材料之间的界面性能，但静电纺丝的产量低，增加了隔膜的成本。

专利“一种辐照交联锂离子电池隔膜以及制备方法”（申请号：201310196439.1）公开了一种辐照交联聚乙烯多孔隔膜的制备方法，该方法通过向聚乙烯多孔隔膜内部和表面引入引发剂和交联剂，然后进行辐照交联，从而得到局部交联的隔膜。该隔膜的拉伸强度、亲水性能都得到提高，并降低了隔膜在120℃的热收缩性，但是该工艺生产工艺复杂、成本高，很难实现产业化，同时聚乙烯隔膜熔点低，在高温时热稳定差，不能满足高性能电池的要求。

专利“一种有机-无机复合锂离子电池隔膜及其制备方法”（申请号：201310719574.X）公开了一种多孔有机复合膜的结构及制备工艺，采用了对聚合物平板膜进行拉伸和萃取的工艺制备多孔隔膜。该隔膜具有孔隙率可调、微孔贯通性好的特点，然而其热稳定性差，当其体系含有5wt%SiO₂时，在140℃保温30min的条件下，其热收缩率达到38.1%，尺寸稳定性远不能满足高性能锂离子电池的要求。

发明内容

本发明所要解决的是现有电池隔膜存在的润湿性不足、热稳定性差、电极-隔膜的界面稳定性差、吸液率低、成本高等问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种复合锂离子电池隔膜材料，其特征在于，为三层结构，其中，第一层和第三层为聚合物多孔薄膜，且该两层聚合物多孔薄膜的相对侧均附着有无机颗粒；中间层为浸渍聚合物粘合剂的无纺布。

优选地，所述聚合物多孔薄膜中的聚合物为聚偏氟乙烯及其共聚物、聚氯乙烯和丙烯腈-氯乙烯共聚物中的至少一种。

优选地，所述聚合物多孔薄膜的厚度为8-15μm。

优选地，所述无机颗粒为二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、氧化锆、氧化钛和沸石中的任意一种或两种以上混合物，其平均粒径为0.01-6μm。

优选地，所述聚合物粘合剂为聚偏氟乙烯及其共聚物、聚氯乙烯和丙烯腈-氯乙烯共聚物中的至少一种。