[发明专利]一种高耐热性锂电池复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高耐热性锂电池复合隔膜及其制备方法。该制备方法是将聚乙烯醇粉末加入去离子水中，室温下先溶胀10～12h，后在85～95℃下搅拌4～5h，得到聚乙烯醇溶液；将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水混合搅拌，逐滴加入氨水，在40～45℃下搅拌0.5～1h后，得混合物；将所得混合物与氧化铝粉末一并加入到所得聚乙烯醇溶液中，在40～45℃下，搅拌10～12h，得涂覆浆料；采用涂覆法将浆料涂覆至预处理过的聚烯烃微孔膜表面，室温下干燥，再真空干燥后，得高耐热性锂电池复合隔膜。本发明的制备方法工艺简单、绿色环保，制备的复合隔膜耐热性高、吸液保液率好、电化学性能优异，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜的改性技术领域，特别是涉及一种高耐热性锂电池复合隔膜及其制备方法。

背景技术

隔膜作为锂电池重要组成之一，主要起到物理阻隔正负极、保留电解液并提供通道供锂离子迁移的作用。目前商业化的隔膜以聚烯烃微孔膜为主，由于聚烯烃隔膜的熔点较低且多采用拉伸成孔工艺制得，当电池在高强条件下工作时，这种隔膜容易收缩，可能导致电池短路，存在起火甚至爆炸等安全隐患。另外，由于聚烯烃隔膜的表面能高，对极性溶剂电解液的润湿性不好，从而严重影响了隔膜对电解液的吸液率及电化学性能。

随着锂电池在动力汽车和便携式工具等应用领域的不断发展，制备出高耐热性锂电池隔膜以提高电池的安全性能显得十分重要。中国发明专利申请CN104993082A公开了一种纳米氧化铝颗粒修饰的陶瓷隔膜的制备方法，将氧化铝和粘合剂加入研钵中，滴入N-甲基吡咯烷酮后进行研磨，将研磨后的混合物涂覆在聚烯烃隔膜上，利用氧化铝的耐热性能以提高电池的循环周期和安全性。但是，该制备过程不仅使用了有毒的有机溶剂，无机粒子和粘合剂仅仅是简单的物理共混，存在“掉粉”隐患，而且该制备方法不便于机械化操作，难以大规模生产。

中国发明专利申请CN106159158A公开了一种耐高温锂离子电池隔膜制备工艺，经配料、挤出复合成型、等离子处理、双向同步拉伸、在线收卷等步骤制备的隔膜耐高温性能、吸液保液率提升，自放电率降低。但制备工艺中用到了有害的有机溶剂丙酮，而且等离子处理容易破坏基膜表面结构，另外该申请也未公开所得隔膜具体的热性能和电化学性能数据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种不使用有机溶剂，有效改善电池的安全性能和电化学性能的高耐热性锂电池复合隔膜及其制备方法。

本发明在正硅酸乙酯溶胶凝胶的同时，水解产生的纳米二氧化硅粒子与聚乙烯醇高分子以共价键结合，形成三维网状结构后，纳米氧化铝牢固嵌入，经涂覆后在聚烯烃隔膜表面形成SiO₂/Al₂O₃多孔功能层。本发明制备的复合隔膜熔点约为176℃(传统的PE、PP隔膜分别为135℃和167℃)，组装的电池在0.5C倍率下循环100次后，容量保持率达91.0％(PP隔膜仅为73.6％)，显著改善了电池的安全性能和电化学性能。本发明制备方法不使用有机溶剂。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种高耐热性锂电池复合隔膜的制备方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)将聚乙烯醇粉末加入去离子水中，室温下先溶胀10～12h，后在85～95℃下搅拌4～5h，得到聚乙烯醇溶液；

(2)将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水混合搅拌，逐滴加入氨水，在40～45℃下搅拌0.5～1h后，得混合物；将所得混合物与氧化铝粉末一并加入到步骤(1)所得聚乙烯醇溶液中，在40～45℃下，搅拌10～12h，得涂覆浆料；

(3)采用涂覆法将浆料涂覆至预处理过的聚烯烃微孔膜表面，室温下干燥，再真空干燥后，得高耐热性锂电池复合隔膜；

所述的聚烯烃微孔膜为PP膜、PE膜或PP/PE/PP复合膜中的一种。