[发明专利]一种具有高温自闭合功能的高安全性复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种具有高温自闭合功能的高安全性复合隔膜。隔膜由多孔聚酰亚胺层和多孔聚合物涂层构成；其中，多孔聚合物涂覆于多孔聚酰亚胺层表面形成多孔聚合物涂层；所述多孔聚酰亚胺厚度为10—30微米，孔隙率50％‑70％，孔径为2‑4微米；多孔聚合物涂层厚度为2‑10微米，孔隙率为40％‑70％，孔径50‑500nm。本发明所制备的隔膜具有优异的耐高温性，可以很大程度地提高锂离子电池的热安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种具有高温自闭合功能的高安全性复合隔膜。

背景技术

隔膜是锂离子电池体系中的最重要组成部件之一，并且隔膜的性质在一定程度上决定电池的性能。目前商业化的锂离子电池多采用聚烯烃类隔膜，这种隔膜具有高孔隙率、良好的机械强度等。然而由于这些隔膜的耐热温度较低，当电池在较高温度下工作或者电池局部放热严重时候，隔膜会发生热收缩，造成电池正负极接触短路进而引发电池燃烧、爆炸等严重事故。开发新型高安全性隔膜是解决锂离子电池的热安全性的有效途径之一。

为了提高电池隔膜的热稳定性，材料学家尝试了较多的方法，如对现有聚烯烃隔膜进行修饰，但是由于聚烯烃隔膜本身熔点较低，因此以它为基础制备的功能隔膜的耐热性仍非常有限[Chem.Rev.2004,104:4419-4462]。为进一步提高隔膜耐热性，部分研究人员开始采用具有较高熔点的聚合物为基膜进行修饰，如Lee等人将PVDF-HFP涂到聚(乙烯对苯二甲酸乙二醇酯)无纺布上，由于无纺布的熔点高于200℃，因此这种隔膜在150℃下能够保持完整、不收缩[J.Mater.Chem.2011,21,14747-14754]。德国的Degussa公司则结合无机物良好的热稳定性和聚合物的良好可加工性，将无机陶瓷氧化物涂覆在无纺布表面，这也显著地提高了其耐热温度[J.Phys.Chem.B,2003,107:4545–4549]。

公开号CN105552284A的中国专利中公开了一种复合涂层锂离子电池隔膜及其制备方法，该方法中使用聚烯烃、聚酰亚胺等作为基膜在基膜一侧涂覆芳纶层，在基膜另一侧涂覆PVDF层以此来提高隔膜性能。但是该方法并没有具体对涂层孔隙结构进行可控调节，进而无法实现高温自闭合；同时该方法中描述的基膜中包含大量的低熔点聚合物膜，进而并未达到其能够提高隔膜耐热性。此外，该方法中是通过基膜两侧涂布实现隔膜的高吸液率，工艺较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型具有高温自闭合孔性质的高安全性复合隔膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种具有高温自闭合功能的高安全性复合隔膜，隔膜由多孔聚酰亚胺层和多孔聚合物涂层构成；其中，多孔聚合物涂覆于多孔聚酰亚胺层表面形成多孔聚合物涂层；所述多孔聚酰亚胺厚度为10—30微米，孔隙率50％-70％，孔径为2-4微米；多孔聚合物涂层厚度为2-10微米(其中3-6微米最佳)，孔隙率为40％-70％，孔径50-500nm(其中200-400nm最佳)。

所述多孔聚合物为将聚合物溶解于溶剂中得混合液；然后按照质量比加入模板剂纳米颗粒，搅拌均匀，得到粘度合适的浆料；其中，混合液中聚合物浓度(质量浓度)为8％～40％；模板剂占多孔聚合质量分数为5％-25％。

所述聚合物为PVDF-HFP、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯甲酯、聚丙烯腈中的一种或几种；

所述模板剂纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙颗粒、PMMA、Al₂O₃的一种或几种；

所述溶剂为丙酮、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺的一种或几种。