[发明专利]一种氧化锆纤维纸型电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化锆纤维纸型电池隔膜及其制备方法，该氧化锆纤维纸的ZrO₂质量含量为20～80％，氧化锆纤维直径0.5‐2μm。制备步骤如下：(1)将聚偏氟乙烯溶解在丙酮中；(2)氧化锆纤维疏解后，加入到聚偏氟乙烯的丙酮溶液，搅拌分散均匀，得浆液；(3)浆液上网抄取，经抽滤脱水、压榨、烘干，即得。本发明提供的氧化锆纤维纸型电池隔膜不仅具有非常高的尺寸稳定性、热稳定性和优良的机械强度，而且具有优异的电化学性能，可在一定程度上解决锂离子电池在高温时的安全问题。

技术领域

本发明涉及电池隔膜制造技术领域，具体涉及一种氧化锆纤维纸型电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因为具有高的能量密度，被广泛应用在军工、电子设备、电动工具、电动汽车等各个领域。作为锂离子电池的重要组成部分，隔膜对锂离子电池的安全起到非常重要的作用。其中，隔膜的主要作用是作为物理障碍将电池的正负极隔离，防止电池短路。同时，要允许锂离子自由通过和阻止电子通过。

当今商业化生产的隔膜主要是聚烯烃隔膜。聚烯烃隔膜因为具有成本低、耐酸碱和化学试剂腐蚀、合适的厚度、孔径以及优良的机械强度的优点而被广泛采用。但是，聚烯烃隔膜熔点低、与传统电解液的浸润性差以及透气率、孔隙率和吸液率比较低，这不仅限制了锂离子电池的电化学性能而且给电池带来了严重的安全问题。当电池工作温度超过聚烯烃隔膜的熔点时，会使得电池正负极接触从而导致电池短路，发生爆炸或者火灾。

为了解决聚烯烃隔膜存在的问题，现在的主要解决方案是在聚烯烃或者其他一些聚合物隔膜表面进行表面涂覆或者改性。例如：中国专利文件CN201510967229.7公开了一种复合涂层锂离子电池隔膜，由基膜和涂布于基膜一侧的芳纶涂层和涂布于基膜另一侧的PVDF涂层构成，所述芳纶涂层由芳纶浆料经涂布、浸水、烘干后获得，涂层厚度为0.5‐4μm；所述PVDF涂层由水性PVDF浆料经涂布、烘干后获得，涂层厚度为0.1‐2μm。这种方法虽然能在一定程度上提高隔膜的热稳定性，改善其热收缩，提高其对电解液的浸润性。但是，由于隔膜基体还是聚合物，其耐高温性能有限。而且，在隔膜表面涂覆的颗粒容易脱落，电池工作时锂离子穿梭区域有选择性，使得隔膜的寿命变得更差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐高温、耐腐蚀、孔隙率高、吸液率高和电化学性能良好的氧化锆纤维纸电池隔膜及其制备方法。本发明使用无机氧化锆纤维纸代替传统的电池隔膜，制备出一种耐高温、耐酸碱和化学试剂腐蚀、机械性能好和电化学性能优异的电池隔膜。

本发明的技术方案如下：

一种氧化锆纤维纸型电池隔膜的制备方法，包括步骤如下：

将聚偏氟乙烯和静电纺丝制备的氧化锆纤维，经溶解、混合、抄造和浸泡得到湿态纤维纸，经烘干后得到电池隔膜。

根据本发明，优选的，所添加的原料中聚偏氟乙烯和氧化锆纤维的质量比为(10～30)：1，进一步优选(15～25)：1。

根据本发明，优选的，溶解过程中所用溶剂为丙酮，溶解温度为50～90℃，进一步优选65～75℃；

将聚偏氟乙烯溶解于丙酮中，得到透明溶液。

根据本发明，优选的，混合过程为将氧化锆纤维加入到溶解于丙酮的聚偏氟乙烯透明溶液中，得到浆液。

根据本发明，优选的，所述的氧化锆纤维的直径为0.5‐2μm；氧化锆纤维纸型电池隔膜中ZrO₂质量含量为20～80％，进一步优选35～45％。

根据本发明，优选的，抄造过程为将溶解有聚偏氟乙烯和氧化锆纤维的浆液均匀的分布到金属网或玻璃片上，并在金属网或玻璃片上形成湿纸页。

根据本发明，优选的，浸泡过程为将湿纸页放在去离子水中静置。该过程发生相转化过程，水和丙酮发生交换，形成湿态下的纤维纸。