[发明专利]一种高安全性复合锂电隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及电池隔膜制备领域，特别是一种高安全性复合锂电隔膜及其制备方法。该复合隔膜主要由核壳功能微球和纤维骨架构成，高温下核壳功能微球可转变成熔融态而赋予隔膜闭孔特性，防止电池深度热失控；高电势下核壳功能微球可转变成电子导电态，在电池内部形成微短路而防止电池发生深度过充；纤维骨架赋予复合隔膜具有足够的机械性能。首先，将可氧化掺杂的电活性材料包覆在热敏有机微球表面，形成核壳功能微球；然后，将该功能微球与纤维骨架进行复合，形成高安全性复合锂电隔膜。本发明赋予隔膜敏感的热失控响应功能和电压失控响应功能，极大地改善锂离子电池的安全性，获得隔膜具有安全性能优越、成本低廉、易大规模大尺寸生产等优点。

技术领域

本发明涉及电池隔膜制备领域，特别是一种高安全性复合锂电隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液构成，其中隔膜对锂离子电池的安全性发挥重要作用。当前，商业锂电隔膜主要为聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)微孔膜。由于材料性质和制备工艺的限制，该类隔膜的耐温性和电解液亲和性难以满足动力电池发展的要求。同时，聚烯烃膜无法对电池发挥有效的安全保护，过热或过充电易导致严重的安全事故。针对传统隔膜的缺陷，研究者提出利用材料复合技术改善锂电隔膜性能。

利用特定电压下电活性材料的电子导电能力的突变特性，可制备具有电压失控保护功能的防过充锂电隔膜。研究者将聚三苯胺与粘结剂混合、碾压，制备成原理型防过充隔膜。在电池过充时，导电态的聚三苯胺在隔膜内部建立多个电子导电微通道，通过电池正、负极间的自放电消耗外部过充电流，可将Li-LiFePO₄电池的开路电压控制在3.75V左右。研究者进一步以可溶性聚(3-癸基)噻盼为电活性材料，将其氯仿溶液直接涂覆聚烯烃微孔膜，获得一种实用型防过充锂电隔膜，且防过充隔膜在电池内部产生的微短路放电是可控的，不会对电池本身产生不利影响。该类隔膜也存在一些问题：(1)电活性材料在聚烯烃基膜的表面分布不均匀，导致其利用率较低、电压敏感性较差；(2)电活性材料易堵塞多孔基膜的纳米孔道，降低隔膜的孔隙率，进而影响正常状态下电池的充放电性能。

目前，多数关于锂电隔膜安全性的研究具有一定的局限性，即仅关注隔膜的耐热性或防过充性，而未能将这两个问题有机地统一起来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高安全性复合锂电隔膜及其制备方法，用此方法制备的锂电隔膜具有制备工艺简单、膜综合性能优异等优点，可显著提高锂离子电池的使用安全性。

本发明的技术方案是：

一种高安全性复合锂电隔膜，复合隔膜包括纤维骨架和功能微球，通过在纤维骨架中复合具有信号响应功能的核壳微球，功能微球均匀地分布在纤维骨架的三维网络结构中，形成纤维/微球二元共混结构，且根据需要选用不同电化学功能的微球进行组合使用。

所述的高安全性复合锂电隔膜，纤维骨架的纤维直径为0.1μm～5μm，功能微球的直径为0.05μm～3.5μm，复合隔膜的厚度为8μm～50μm。

所述的高安全性复合锂电隔膜，纤维骨架的组成材料采用聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇通过熔融纺丝、静电纺丝之一或两种以上混合，形成纤维网络骨架的耐高温材料。

所述的高安全性复合锂电隔膜，具有信号响应功能的核壳微球是指由电活性材料包覆热敏性有机微球而形成的核壳微球；

其中，电活性材料采用聚苯胺、聚噻吩、聚芴、聚对苯撑以及上述材料的衍生物通过电氧化/还原掺杂可转换成电子导电态的高分子导电聚合物之一或两种以上的混合；

其中，热敏性有机微球采用聚乙烯微球、聚丙烯微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚偏氟乙烯微球在80℃～200℃间可发生熔化的有机微球；

其中，热敏微球的直径为0.03μm～3.0μm，电活性材料包覆层的厚度为0.01μm～2μm。