[发明专利]适用于锂离子电池的隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微孔膜材料，特别涉及一种适用于锂离子电池的隔膜及其制备方法，属于膜技术领域。

背景技术

电池主要由电极材料、电解液和隔离膜所组成。电池隔膜的作用是要保证电解质中离子的通过，并且在减少电池正极、负极之间的距离时，能在电池狭小的空间内将电池正极、负极板隔离开来，以防止电池两极板互相接触造成短路。

实际应用中，隔膜材料主要为多孔性聚烯烃，首先使用的为多孔性聚丙烯隔膜，其中以Celgard公司生产的为代表。隔膜的制备方法主要有相分离法和拉伸致孔法。US4138459、3801404、3843761、4994335号专利公开了制造多孔可塑隔膜的方法，在高温下将经过前处理的晶态聚烯烃拉伸成多微孔体。为了防止可充锂电池在充电时形成锂枝晶，US5427872公开了一种方法，将含氟聚合物如聚氟乙烯与聚丙烯或聚乙烯混合形成复合隔膜，这样保持了多孔性并防止了锂枝晶的形成。美国Bellcore公司在US5460904、5296318、5429891号专利中公开了一种隔膜，这种聚合物膜是由偏氟乙烯PVDF和六氟丙烯HFP共聚而成，方法是以PVDF-HFP共聚物与一定比例的增塑剂共溶于有机溶剂中，制成薄膜后再用有机溶剂将该增塑剂萃取出来，造成具有一定微孔的薄膜。US4550064号专利公开了一种隔膜，它由两层组成，基体是微孔聚丙烯隔膜或玻璃纤维，便面涂覆了一层咪唑啉，表面大量亲水基改善了正极/隔膜的界面性质。

目前常用的锂电池隔离膜都为聚乙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜，或聚乙烯微孔膜和聚丙烯微孔膜的复合膜，其主要原因是聚乙烯微孔膜及聚丙烯微孔膜的膜材料价格便宜，以降低制造成本和使用成本。聚乙烯微孔膜及聚丙烯微孔膜虽能作为锂电池隔膜，并且被广泛应用，但却还存在不足之处。

聚乙烯微孔膜及聚丙烯微孔膜在物理性能、机械性能、化学性能、电解液浸润性及耐热老化性等方面均存在一定的不足。聚乙烯微孔膜的脆化温度在-50℃，聚丙烯微孔膜的脆化温度仅在-8～8℃，聚乙烯微孔膜不耐光照也是其弱点之一。聚丙烯微孔膜耐候性差，聚丙烯颗粒在室内放置4个月性能将急剧变坏。聚乙烯微孔膜及聚丙烯微孔膜的机械性能、力学性能的不完善，延展性较差，且在阻隔正、负极板的电池卷绕中如疏忽大意且易于撕裂，造成正、负极板的相互接触，故将在使用时造成电池内部短路而可能引发爆炸。

聚乙烯微孔膜和聚丙烯微孔膜易燃，聚丙烯微孔膜虽较聚乙烯微孔膜要难燃一些，但是氧极限指数仅为0.18.聚乙烯微孔膜在130℃左右时熔化，而聚丙烯微孔膜在150℃左右时熔化，所以热稳定性比较差。总而言之，聚乙烯微孔膜及聚丙烯微孔膜作为锂电池隔膜的综合性能不完善，存在一定的安全隐患，所以需要寻找性能更好的材料代替。

聚氟乙烯(PVF)具有一般氟树脂的许多特性，在化学稳定性和热稳定性方面不及全氟聚合物，但是它却具有较高的机械强度、耐磨性，高介电常数、高击穿电压值，且具有优良的耐水解性和耐老化性，使其广泛应用于建筑、化工、电子材料等方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能优良、化学稳定性好、电解液浸润性好且与电极的粘结性好的适用于锂离子电池的隔膜，本发明同时提供了其制备方法。

本发明的技术方案如下：

所述的适用于锂离子电池的隔膜，该隔膜是由聚烯烃中间层和两侧厚度相同的含氟聚合物外层，通过熔融挤出、双向拉伸和热定型的工艺制备而成的复合微孔膜；

其中：

聚烯烃层为聚乙烯层、聚丙烯层或者聚乙烯与聚丙烯的复合层；

含氟聚合物外层为可熔融加工的改性氟乙烯树脂层，是由氟乙烯、乙烯及含氟功能单体共聚而成；

该复合微孔膜厚度5～30微米，单侧含氟聚合物外层厚度为1～10微米，孔径为0.01～0.1微米，孔隙率为50～80％。

所述的含氟聚合物为可熔融加工的改性氟乙烯树脂，具有良好的耐高温，耐磨，与其他材料粘结强度高等性能。

所述的氟乙烯在改性氟乙烯树脂中的含量为60～95mol％，优选含量为65～80mol％。

所述的乙烯在改性氟乙烯树脂中的含量为1～15mol％，优选含量为3～10mol％。

所述的含氟功能单体的通式如下，且两种单体在改性氟乙烯树脂中的含量不同时为0：

(1)CF₂＝CXY，其中X、Y均是-H、-F或-Cl中的一种，其在改性氟乙烯树脂中的含量为0～30mol％，优选含量为3～15mol％；