[发明专利]一种锂电池用复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂电池用复合隔膜，其为三层结构，两侧表层为高强度聚丙烯微孔膜、芯层为低熔点自关断聚乙烯微孔膜；所述高强度聚丙烯微孔膜的原料为聚丙烯树脂，其分子量为300000‑1000000、分子量分布指数Mw/Mn为4‑8、等规度＞96％、熔体流动速率为1.3‑3.3；低熔点自关断聚乙烯微孔膜的原料为高密度聚乙烯，其分子量为100000‑300000、分子量分布指数Mw/Mn为4—8、熔体流动速率为0.2‑0.8。本发明的锂电池用复合隔膜具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度，自关断安全窗口较宽，机械性能好，抗穿刺强度高，在锂离子电池的生产和使用过程中安全性能好，微孔孔径尺寸合适，分布均匀，贯通性好，电池的内阻小，有利于提高电池的工作效率。

技术领域

本发明涉及一种锂电池用复合隔膜及其制备方法，属于锂电池技术领域。

背景技术

锂离子电池隔膜是锂离子电池中的一个重要组件，它是一种具有纳米级微孔的薄膜材料，在电池中起到阻隔正负电极、防止电池内部短路的作用；同时，它必须允许离子流快速通过，保证在电池充放电过程中锂离子在正负电极之间的快速传输。隔膜的微孔结构、物理性能、化学特性、热性能等决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。因此，电池隔膜在制造电池的材料中占有非常重要的地位，被称为电池的“第三电极”。正是由于电池隔膜的这种重要作用，高性能锂离子电池隔膜的开发成为电池生产企业技术研究的重点。

聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。当前，商品化的液态锂离子电池大多使用微孔聚烯烃隔膜，隔膜使用的聚烯烃材料目前主要是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)两类。目前商品化锂电池隔膜的生产方法主要包括熔融拉伸法(干法)和热致相分离法(湿法)。熔融拉伸法通过流延成型得到具有硬弹性的基膜，该基膜具有低结晶度和高取向性，然后对基膜进行热处理(高温退火)以提高晶片厚度和结晶度，最后再将薄膜分别在低温和高温下进行单向拉伸，低温拉伸主要是产生微孔和银纹缺陷，高温拉伸是将微孔扩大，并将银纹缺陷拉伸形成微孔结构。热致相分离法利用高分子材料和特定的溶剂在高温条件下完全相容，冷却后产生相分离的特性，使富溶剂相连续贯穿于富聚合物相形成的连续固态相中，将溶剂萃取后在富聚合物相中形成微孔。湿法生产微孔膜时，孔径大小和孔隙率较易控制，孔的曲折度相对高，但是需要使用大量溶剂，工艺复杂，对环境污染较大；干法生产过程中工艺简单，孔曲折度较低，不仅可以生产单层隔膜，还可生产多层复合隔膜，提高生产效率，但是孔径大小较难控制。

隔膜在电池中直接接触具有硬表面的正极和负极，电极表面是由活性物质和炭黑混合物的微小颗粒所构成的凸凹面，尤其当电池内部形成枝晶时，被夹在极片间的隔膜易被穿破，从而引起正负极板接触发生短路，因此要求隔膜具有一定的抗穿刺强度。隔膜在电池中卷绕，在纵向承受一定的张力，因此隔膜还要具有一定的抗张强度，尤其是纵向抗张强度。

电池在充放电过程中会释放热量，尤其在短路或过充电的时候，会有大量热量放出，锂电池中隔膜的自关闭性质是锂离子电池限制温度升高及防止短路的有效方法。当温度接近聚合物熔点时，微孔闭合而产生自关闭，这时阻抗明显上升，通过电池的电流也受到限制，因而可防止由于过热而引起的爆炸等现象。当电池内部温度继续升高的时候，闭孔后的隔膜应当保持原来的完整性和一定的机械强度，继续起到隔离正负电极的作用，防止短路发生。因此隔膜的闭孔温度和熔融破裂温度相差越大，电池的安全性就越好。材料的熔点决定了隔膜的闭孔温度，PE隔膜的闭孔温度在130℃左右，破膜温度在145℃左右；PP隔膜的闭孔温度在150℃左右，破膜温度在170℃左右。

由于PP隔膜机械强度高，耐高温性能好，而PE隔膜的闭孔温度低，因此PP、PE复合隔膜则综合了以上优点，具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度，安全窗口温度可达到40℃，且机械性能优，抗张强度和抗穿刺强度高，保证了电池在生产和使用过程中更加安全。PP、PE复合隔膜成为目前锂电池隔膜领域研究开发的热点。

发明内容