[发明专利]一种羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜及其应用

说明书

本发明涉及一种羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜及其应用，所述羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜的组成包括：0.1～100wt%羟基磷灰石超长纳米线、0～30wt%无机添加剂和0～50wt%纤维添加剂，优选包括1～99wt%羟基磷灰石超长纳米线、0～30wt%无机添加剂和1～50wt%纤维添加剂。本发明所要解决的技术问题是提高电池隔膜的耐高温性能和阻燃性能，改善电池隔膜对电解液的浸润和吸附性能，进而提高电池的性能和安全性。

技术领域

本发明涉及一种羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜及其应用，属于电池材料制备领域。

背景技术

锂电池(包含锂离子电池和锂金属电池)和钠电池(包含钠离子电池和钠金属电池)具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等诸多优点，因而在便携式电子设备、新型动力电池与储能电池等领域得到广泛应用。电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四部分组成，其中隔膜作为电池内部的关键组件其成本约占电池总成本的1/5。在电池中，隔膜主要具有防止正负电极直接接触、防止电池短路、以及传输离子的作用。隔膜的性能直接决定电池的界面结构、内阻等性质，进而直接影响电池的容量、倍率性能、循环寿命及安全性能。另外，电池隔膜的高低温性质还决定着电池正常工作的耐受温度区间。

目前商品化的电池隔膜主要是聚烯烃类单层或多层复合隔膜。此类隔膜的优点是价格便宜，力学性能好，且具有较好的电化学稳定性。但是这类隔膜也存在着许多不足之处，例如：(1)用作电池隔膜的聚烯烃类材料的结晶度高而极性小，但电解液中使用的是高极性有机溶剂，因此聚烯烃类隔膜对电解液的亲和性差，几乎不能被电解液所润湿，即电解液仅仅只是以液态的形式存在于隔膜的孔隙中，并不能得到有效的吸附，因此容易造成电解液的泄露和损失，进而影响电池的容量、倍率和循环寿命等电化学性能；(2)由于常温下没有合适的溶剂可以有效地溶解聚烯烃类材料，因此多采用熔融拉伸法来制备聚烯烃类材料多孔隔膜，拉伸法不仅对材料加工设备的要求高，而且因为要保证隔膜具有一定的力学强度，所以很难获得高孔隙率的隔膜(一般聚烯烃类隔膜的孔隙率小于60％)，使得离子在聚烯烃类隔膜中无法进行快速的传输和扩散，导致电池的内阻大；(3)聚烯烃类材料的耐高温性能较差(如，聚乙烯隔膜的熔点为130℃)，在较高温度时容易收缩或熔融，导致正极和负极直接接触，造成电池短路，从而引发电池起火或爆炸等事故，电池的安全性存在隐患；(4)聚烯烃类材料在生产过程中需要使用化石燃料作为原料，属于不可再生资源，不利于能源的可持续利用，而且聚烯烃类材料难以自然降解，可能会造成环境污染；(5)随着电池的不断发展，电动汽车用电池、大容量可快速充放电电池以及一些需要在特殊环境下工作的特种电池(如高温环境)对隔膜材料的性能也提出了更高的要求，如较佳的电解液浸润性能和吸附性能、均匀的孔隙分布、较快的离子传输和扩散能力、良好的热稳定性和阻燃性能等。因此，发展新型高性能电池隔膜具有重要的应用价值和经济社会价值。

发明内容

针对现有聚烯烃类电池隔膜具有孔隙率低、对电解液浸润性差、热温定性低等问题，本发明的目的在于提供一种具有较佳的电解液浸润和吸附性能、均匀的孔隙分布、较快的离子传输和扩散能力、良好的热稳定性和阻燃性能的电池隔膜，以提高电池隔膜的耐温性能和阻燃性能，改善隔膜对电解液的浸润和吸附性能，进而提高电池的性能和安全性。

一方面，本发明提供了一种羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜，所述羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜的组分包括：0.1～100wt％羟基磷灰石超长纳米线、0～30wt％无机添加剂和0～50wt％纤维添加剂，优选包括1～99wt％羟基磷灰石超长纳米线、0～30wt％无机添加剂和1～50wt％纤维添加剂。

羟基磷灰石作为一种无机矿物，是人体和其它脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的稳定性，环境友好，耐高温，不燃烧，广泛存在于自然界中。本发明首次以羟基磷灰石超长纳米线作为主要原料制成电池隔膜，具有优异的耐高温和阻燃性能，可以显著提高电池的安全性。

较佳地，所述羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜的厚度为5～1000微米。