[发明专利]一种锂电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池隔膜及制造方法技术领域，特别涉及一种锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池正极、隔膜、电解质、负极组成机构中，锂电池隔膜成本占电池成本的1/3左右，隔膜是具有多孔结构的电绝缘性薄膜，它是锂离子电池关键的内层组件。其主要作用是将电池的正、负极隔开，防止两极直接接触发生短路；具有使离子自由通过的功能，还可以在电池过热时，通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。隔膜的性能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。因此隔膜需具有高的离子通过率，良好的机械性能和耐溶剂(电解液)的性质。考虑到安全性能，锂离子电池隔膜还要求具有较低的闭孔温度和较高的熔断温度。

目前商品化锂离子电池所用的隔膜多为聚烯烃单层、多层复合隔膜。这类隔膜的优点是价格便宜、力学性能、化学和电化学稳定性好。其中PE隔膜具有热熔断性能，这大大提高了电池的安全性。但这类隔膜存在许多不足之处：PE、PP结晶度高而极性小，而电解液中使用的是极性高的有机溶剂，因此，隔膜与电解液的亲和性不好，几乎不能被电解液溶胀，即绝大多数电解液以液态的形式存在于孔隙中，因此电解液容易发生泄漏；孔隙率低，由于常温下PP和PE没有溶剂，目前只能用熔融拉伸法制备隔膜，拉伸法不仅对设备要求极高，而且很难得到高孔隙率的膜(其中PP膜的孔隙率不超过50％，PE膜最多也只能达到60％)，导致膜电阻较高；耐温性能有限，通常低于150℃，使得锂电池的安全性降低；为进一步提高锂离子电池比能量，需要降低薄膜的厚度，这就使得二维孔结构的薄膜的吸液率降低，同时影响安全性。

本技术利用核孔膜具备高密度直通孔(尺寸、密度可设计)的特性，作为锂离子电池的隔膜材料，可以降低膜电阻，有效提高电池功率。通过高能重离子或核反应堆辐照聚合物薄膜，在离子通过的路径上由于高密度能量沉积使其周围原子电离和激发，导致聚合物分子的长链断裂、重排和产生自由基而形成潜径迹，在此区域内材料有较高的化学反应能力，可以通过化学试剂酸液或碱液蚀刻形成孔洞，这就是核孔膜的制备原理。

普通核孔膜不能够直接用作锂电池隔膜。为保证电池使用安全，需要隔膜材料在100℃以上自动闭孔，同时在更高温度下(200℃以上)仍能保持较好的成膜状态，及一定的绝缘性能，单层核孔膜不能达到这样的要求。

发明内容

本发明以核孔膜为基材制备复合膜材料，选择复合一层可耐200℃以上高温的材料，及一层熔点在100℃-130℃、可以使孔闭合的材料，形成三层复合膜。

PET耐温性优于PP，本身的耐热性能也有很大的提高。通过在核孔膜上涂布耐高温环氧树脂，达到热闭合温度后，即使温度进一步升高，也不会出现基材完全破坏，造成大面积短路。外层涂布具有热闭合作用的聚乙烯蜡或低熔点聚酯、EVA热熔胶等聚合物，制备的隔膜材料具有更好的耐温性能和热闭合性能。

本发明提供的一种锂电池隔膜，其特征在于：该锂电池隔膜为三层复合膜，以核孔膜为基材，核孔膜上复合有耐高温层，耐高温层上复合有热闭合层；所述耐高温层可耐200℃以上的高温，所述热闭合层的熔点在100℃-130℃。

所述核孔膜采用PET核孔膜。

所述核孔膜优选蚀刻孔径为0.1～2μm、孔密度为5×10⁶～1×10⁹cm^-2的核孔膜。

本发明还给出了核孔膜、耐高温层和热闭合层的厚度：所述核孔膜厚度为6μm～20μm。所述耐高温层厚度控制在2μm～10μm。所述热闭合层厚度在10μm以下。

上述锂电池隔膜的制备过程

1.1PET核孔膜

选择厚度在25μm以下的PET薄膜，经重离子辐照(控制孔密度)，化学蚀刻(控制孔径尺寸)后形成核孔膜。

1.2耐高温层复合

采用室温或中温固化耐高温环氧树脂体系涂布在PET膜上，厚度控制在2μm～10μm。可在200℃保持成膜状态及绝缘性。耐高温层可采用的体系包括：

(1)环氧树脂与粉末添加剂的混合物，其中，混合物中粉末添加剂的质量分数为5-15％，粉末添加剂可采用二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝等。

(2)有机硅改性环氧树脂：可室温固化，耐温达到200℃以上。

1.3热闭合层复合

利用环氧树脂体系的粘结强度，将热闭合材料复合成为最外层。

可采用的热闭合材料熔点在100-130℃之间，包括：聚乙烯蜡、低熔点聚酯、EVA热熔胶等。