[发明专利]一种锂电池隔膜及其制备方法和在锂电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂电池隔膜及其制备方法和在锂电池中的应用。

背景技术

锂电池具有能量密度高、寿命长、自放电小、无记忆效应以及对环境友好等优点，成为目前最受重视的新型储能电池。虽然，锂电池经过多年不断的改进，安全性有了显著提高，但是在极端环境或滥用条件下，电池产热速率远高于散热速率，造成电池内部热量聚集，进一步造成电池燃烧甚至爆炸，对人财产和生命造成严重的威胁。特别近年来，为满足电动汽车和储能系统的需求，高容量、高功率锂电池的研发越发广泛和深入。

在比容量和功率研究方面取得长足进步的同时，相对应的安全性能无法完全得到保证，特别是2016年三星note7的爆炸事件，造成巨大的财力物力的损失，同时将社会对电池安全关注的焦点，从大型电池转移到高容量小型电池上来。隔膜是锂电池安全的核心部件，传统聚烯烃隔膜热稳定性较差，无法保障锂电池的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池隔膜及其制备方法和在锂电池中的应用，以克服现有的锂电池隔膜存在的热稳定性差，电解液吸收率低，无法保障锂电池的安全性和循环性能稳定的缺陷。

为此，本发明提供了一种锂电池隔膜，所述锂电池隔膜为无机纳米纤维膜，无机纳米纤维膜为SiO₂纳米纤维膜、Al₂O₃纳米纤维膜、TiO₂纳米纤维膜、SiO₂-TiO₂复合纳米纤维膜或者SiO₂-Al₂O₃复合纳米纤维膜。

本发明还提供了一种锂电池隔膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备静电纺丝溶液：将可溶性无机盐与溶剂混合配成质量分数为5％-20％的无机盐溶液，将模板聚合物与溶剂混合配成质量分数为5％-20％的聚合物溶液，将所述无机盐溶液和所述聚合物溶液混合得到静电纺丝溶液，所述无机盐溶液和所述聚合物溶液的质量比为4:1-1:4；

(2)静电纺丝：将所述静电纺丝溶液注射到静电纺丝装置的注射器内进行静电纺丝，得到杂化纤维膜，设置注射速度为50uL/min-500uL/min，接收滚筒的转速为50r/min-100r/min，滑台往复移动速度为0.5cm/min-5cm/min，纺丝电压为5kV-15kV，接收距离为10cm-25cm；

(3)高温处理：将所述杂化纤维膜经过高温预烧和高温煅烧，高温预烧的温度为100℃-200℃，时间为0.5h-2h；高温煅烧的温度为500℃-900℃，时间为2h-24h；

(4)后处理：将高温处理后的杂化纤维膜用氮甲基吡咯烷酮(NMP)清洗，然后在80℃-120℃真空烘干10h-24h，得到锂电池隔膜。

本发明还提供了锂电池隔膜在锂电池中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种锂电池隔膜及其制备方法和在锂电池中的应用，本发明的锂电池隔膜为无机纳米纤维膜，无机纳米纤维膜中的无机成分具有良好的化学稳定性，从而使得锂电池隔膜具有良好的化学稳定性；其次，无机成分可以增强锂电池隔膜的热尺寸稳定性，可以阻止锂电池隔膜在高温下的热收缩现象，从而使得锂电池隔膜具有较高的耐热性和稳定性；另外，无机成分可以提高锂电池隔膜与电解液的浸润性，无机纳米纤维膜本身孔隙率较高，从而可以提高锂电池隔膜的电解液吸收率和离子电导率，有利于提高锂电池的循环及倍率性能。本发明的锂电池隔膜的孔隙率高，孔隙率可以达到80％，电解液吸收率高，电解液吸收率在100％以上，从而可以有利于锂电池的快速充放电。本发明采用的静电纺丝技术制备得到的锂电池隔膜具有耐高温、高孔隙率的优点，得到的锂电池隔膜可以承受较长时间的高温处理，且不会发生明显的热收缩现象。本发明制备锂电池隔膜的工艺简单，生产率高，制备得到的锂电池隔膜能够满足高容量锂离子电池安全性要求。将本发明的锂电池隔膜应用到锂电池中，不仅可以提高锂电池的安全性，而且还可以提高锂电池的循环及倍率性能。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的锂电池隔膜的SEM图；

图2是本发明实施例2制备得到的锂电池隔膜的SEM图；

图3是本发明实施例3制备得到的锂电池隔膜的SEM图；

图4是本发明实施例4制备得到的锂电池隔膜的SEM图；