[发明专利]耐高温复合隔离膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种膜制备技术领域，特别涉及一种适用于锂离子电池中作为隔离膜使用的耐高温复合隔离膜及其制备方法。

背景技术

随着新能源产业的展开，各种新型能源得到有效开发，如太阳能、风能和生物质能源等等。不难想象，这些新型能源的商业化发展都对储能提出了越来越高的要求。在各种各样的储能产品中，电化学储能，即化学电池技术仍然是非常重要的组成部分，在未来很长的一段时间内还将是首选的储能技术。作为一种对环境友好的绿色化学电池，锂离子电池由于其优异的功率密度和能量密度特性，近年来在全球范围内得到各国政府和资本市场的充分重视，产业化发展迅速。特别是随着电池成组技术的快速发展，锂离子电池已成为一种非常重要的储能电池，其应用范围和市场空间日益增大。

构成锂离子电池的材料主要有正极材料、负极材料、电解质，胶粘剂和隔离膜等，其中最难掌握的是高性能隔离膜技术。高性能隔离膜之所以难制备，其主要原因可能是人们对锂离子电池使用安全性的苛刻要求。锂离子电池的内部结构十分紧凑，狭小的空间内积聚了巨大的能量，而薄薄的一层隔离膜是唯一把能量的两级（即正、负极）分开的机构，所起到的安全保障作用对单个锂离子电池而言几乎是决定性的。特别是电池内一旦发生内部短路，隔离膜必须具有很好的耐高温性能，即使在200℃以上隔离膜仍然需要保持尺寸稳定性和维持一定的力学强度，阻断电池内部剧烈化学反应的进一步升级，防止电池爆炸等灾难性后果。

现有的隔离膜材料主要采用聚烯烃材料，如聚乙烯和聚丙烯。为解决电池过热安全性问题，Celgard、Exxon Mobil和Ube已商品化PP|PE|PP三层复合隔离膜，但该技术的弱点是隔离膜的闭孔温度和熔断温度相距较近，且作为高温层的聚丙烯熔点只稍稍超过160℃。实际上，当温度升至150℃左右，薄膜就可能熔化并发生熔体塌缩了。耐热性能不够突出，可能导致锂电池潜在的热失控。

CN102270756A的发明公开了一种锂离子电池用聚四氟乙烯复合隔膜。它包括一隔膜，所述的隔膜由上层聚丙烯微孔膜与下层聚丙烯微孔膜或上层聚乙烯微孔膜与下层聚乙烯微孔膜所形成，所述的上层聚丙烯微孔膜与下层聚丙烯微孔膜之间或上层聚乙烯微孔膜与下层聚乙烯微孔膜之间设有一聚四氟乙烯微孔膜。该锂离子电池用聚四氟乙烯复合隔膜，耐热性能不够突出，可能导致锂电池潜在的热失控。

发明内容

本发明的目的在于解决现有锂离子电池的隔离膜耐高温性能不佳，可能导致锂电池出现热失控的问题，提供一种耐高温复合隔离膜，它能耐受250℃的高温，特别适合在锂离子电池中使用，也适合用作其它化学蓄电池和超级电容器中的隔离膜。

本发明的另一目的在于提供一种耐高温复合隔离膜的制备方法，方法简单易行，适合工业化生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温复合隔离膜，所述耐高温复合隔离膜由聚苯硫醚薄膜与聚烯烃微孔膜经干式复合而成。 

本发明采用聚苯硫醚（Polyphenylene Sulfide, PPS）作为耐高温材料来成膜，聚苯硫醚又称聚苯撑硫醚或聚次苯基硫醚。之所以选用该材料，这是因为聚苯硫醚具有极优异的耐化学性、刚性、阻燃性和高耐热等特性，在宽广的温度范围内都具良好的力学强度，所制得的产品几何尺寸稳定，可以精密成型。特别的，聚苯硫醚在低于200℃的温度范围内找不到任何溶剂，能耐强氧化性溶剂外的几乎所有化学物质，如强酸、强碱、各种油品、有机溶剂、脂类、烷烃类和卤素化合物等。

本发明聚苯硫醚薄膜作为耐高温层使用，孔径范围0.1-2微米，孔径分布均匀，能耐受250℃的高温；聚烯烃微孔膜孔径范围0.02-0.4微米，主要起阻隔分离的作用。所得到的耐高温复合隔离膜特别适合在锂离子电池中使用，也适合用作其它化学蓄电池和超级电容器中的隔离膜。

常见的聚烯烃微孔膜如聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜等。

本发明采用聚苯硫醚薄膜和普通市售聚烯烃微孔膜（又称聚烯烃隔离膜）在线干式复合。聚烯烃微孔膜能在较低的温度下适时闭孔，切断电池内部电流，大大减低或迟缓电池内部短路的风险；同时由于聚苯硫醚薄膜在超过200℃高温时仍能保持尺寸稳定性和力学强度，保持锂离子电池正、负两极永远处于隔离状态。这样，能最大限度地保证电池在意外和极端情况下的使用安全性。

作为优选，所述耐高温复合隔离膜为AB两层复合结构，或所述耐高温复合隔离膜为ABA三层复合结构，其中A层为聚苯硫醚薄膜，B层为聚烯烃微孔膜。