[发明专利]一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，所述电池隔膜包含或由支撑层和填料层组成，其中，所述支撑层包含或由超细主干纤维、热塑性粘结纤维和第一纳米纤维中的至少两种制成，所述填料层包含或由无机填料和第三纳米纤维中的至少一种制成，所述锂离子电池隔膜厚度在19‑31μm，最大孔径不大于1μm，300℃处理1h热收缩率小于3％，高温下隔膜仍具有一定强度，保证高温下填料层刚性结构的稳定性和隔离性、满足隔膜在耐热、孔隙和强度方面的要求，综合性能优异。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池能量密度的增加，以及电池体积和重量的增加，其散热性和稳定性变差，更易发生热失控现象，在高温条件下隔膜发生收缩和熔断，导致正负极接触并迅速积聚大量热，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。隔膜是防止电池短路的关键技术材料，电池短路将大幅加速电池材料的分解放热，因此提高隔膜热稳定性和熔断温度对于电池安全至关重要。

目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃拉伸膜和无纺布两大类。聚烯烃拉伸膜(如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)膜)技术成熟度高，具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的优点，是目前市场上的主流隔膜。然而聚烯烃材料耐温性能受限，合适的工作温度低于150℃。在聚烯烃隔膜上进行耐高温陶瓷涂覆，能有效改善隔膜的热稳定性，然而在300℃下测试表明，陶瓷颗粒的骨架还在，但隔膜强度完全丧失，仅凭陶瓷涂覆并不能有效提高隔膜的耐高温性能。无纺布是利用纤维非定向堆积而成的三维孔隙结构材料、具有原材料可灵活选取和结构可灵活设计的特性，无纺布隔膜在耐高温性、快速充放电性能和使用寿命上与聚烯烃隔膜相比更具优势，但无纺布隔膜强度低，存在大孔，有可能造成电池微短路。

无机填料具有优异的热稳定性，通常在聚烯烃或无纺布基材上涂覆无机颗粒，可提高热稳定性。德国德固赛公司的专利申请(公开号US20060024569)提出使用聚合物纤维制作无纺布隔膜基材，基材单层抄造，双面大量浸渍或涂布填料粒子制备复合隔膜，隔膜使用温度为200℃。但该隔膜由于基材的结构及组成的限制，即便双面涂布或浸渍填料粒子，仍然不可避免的存在大孔和填料粒子易脱落的问题；另外，经测试，该专利的隔膜在300℃处理1h，基材熔化，隔膜强度完全丧失，不能保证300℃下隔膜的隔离性能。华南理工大学的专利申请(公开号CN104157812A)提出，使用造纸和涂布技术制备三层结构的锂离子电池隔膜，但该隔膜致密层使用部分非纳米合成纤维，隔膜的热稳定性仅能做110℃下热收缩率小于1.0％，无法满足对耐高温锂离子电池隔膜的要求；无机涂覆增加了制备工序，成本提升，并且靠胶黏剂吸附的涂层容易破损，难免出现颗粒脱落现象。日本住友化学株式会社的专利申请(公开号CN106914384A)提出在聚烯烃基材上涂覆耐热涂层，耐热涂料将氧化铝等无机填料分散在芳纶的NMP(N-甲基-吡咯烷酮)溶液中制备，该方法虽然可以有效提升隔膜的耐热性能，但增加了涂布工序，并且使用有机溶剂，相应的增加了生产成本以及环境、安全控制成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，该隔膜通过多层斜网一次成形获得，结构均匀紧致，生产工艺简单，无针孔，在厚度不超过30μm的前提下，抗张强度仍可高达1506N/mm，且在110℃下的热收缩率为0，在300℃处理1h仍具有较好的强度保持，300℃下的热收缩率仍然小于3％，在满足孔隙和强度方面的要求外，尤其具有特别好的耐热性能，综合性能优异。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的。

首先，本发明提供一种一次成形的锂离子电池隔膜，其包含或由支撑层和填料层组成，其中，所述支撑层包含或由超细主干纤维、热塑性粘结纤维和第一纳米纤维中的至少两种制成，所述填料层包含或由无机填料和第三纳米纤维中的至少一种制成。