[发明专利]电化学电源复合隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源技术领域，具体涉及一种电化学电源复合隔膜及其制备方法。

背景技术

随着人类生产力的发展，越来越多的汽车行驶在城市、乡村的大街小巷中。汽车的普及给人们的生活带来了极大的便利。然而，伴随而来的问题也越来越严重。石油等不可再生能源的消耗不断加速，汽车尾气的排放给环境造成的影响也不断扩大。目前，人们为了解决这些问题提出发展电动汽车，以期取代传统汽车。而关键在于是否有能量密度、功率密度足够大，循环寿命足够长、安全可靠的动力电池取代内燃机。其中，电源的安全性是重中之重。对于电化学电源（电源锂离子电池和超级电容器），一个重要的安全隐患就是因为过充或过放或短路导致电源内部的温度急剧升高从而导致燃烧或者爆炸。若电源本身具有良好的导热性，能够快速的将热散发出去，就能有效的降低这种安全隐患。

目前，在电化学电源如锂离子电池普遍采用的隔膜为多孔聚烯烃隔膜。由于多孔聚烯烃隔膜是聚合物，其导热性很差，不能将充放电过程中产生的热及时导出，会导致电源中温度急剧升高。又由于多孔聚烯烃隔膜是聚合物，其本身耐热性差，当温度接近隔膜熔点（聚乙烯隔膜130℃、聚丙烯隔膜160℃）时，这种隔膜就会发生收缩甚至破裂，从而使电源内部有可能发生正负之间直接接触而短路，引发电池安全性隐患，如燃烧、爆炸等现象。

当前，针对该多孔聚烯烃隔膜存在的如上述导热性、耐热性差的不足进行了一些探索和研究，并取得了一定的成果，如在多孔聚烯烃隔膜表面贴合涂层。但是该类的涂层由于增加了多孔聚烯烃隔膜的重量，导致电源的能量密度降低，降低了电源的比能量，从而限制了该电源的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种破膜温度和强度高、重量轻的电化学电源复合隔膜。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、成本低的电化学电源复合隔膜制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种电化学电源复合隔膜，包括无纺布隔膜层和结合在所述无纺布隔膜层表面的有机-无机复合层；所述有机-无机复合层包含有机黏结剂、空心无机粉体、无机纳米纤维和有机溶剂配方组分；其中，所述有机黏结剂的质量占所述有机黏结剂与有机溶剂总质量的1%～50%，所述空心无机粉体、无机纳米纤维的质量分别占所述有机黏结剂、空心无机粉体、无机纳米纤维和有机溶剂总质量0.5%～25%，所述空心无机粉体与无机纳米纤维的质量之和占所述有机黏结剂、空心无机粉体、无机纳米纤维和有机溶剂总质量25.5%～50%。

以及，一种电化学电源复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

将有机黏结剂、空心无机粉体、无机纳米纤维和有机溶剂组分进行混合，配制成有机-无机悬浮液；其中，所述有机黏结剂的质量占所述有机黏结剂与有机溶剂总质量的1%～50%，所述空心无机粉体、无机纳米纤维的质量分别占所述有机黏结剂、空心无机粉体、无机纳米纤维和有机溶剂总质量0.5%～25%，所述空心无机粉体与无机纳米纤维的质量之和占所述有机黏结剂、空心无机粉体、无机纳米纤维和有机溶剂总质量25.5%～50%；

将所述有机-无机悬浮液涂覆在无纺布隔膜表面，并在无氧的条件下干燥，得到所述电化学电源复合隔膜。

上述电化学电源复合隔膜采用无纺布隔膜层为基体，有效增强了该电化学电源复合隔膜的强度、柔性，提高了其耐热性，有效防止了其因受热发生收缩或破裂的现象发生。有机-无机复合层中含有具有优异导热性能的空心无机粉体，能将电源在充放电过程中产生的热快速及时导出，从而提高了电化学电源复合隔膜的导热性能，保持电源在工作过程中的温度恒定，从而有效避免了现有隔膜因受热收缩甚至破裂，导致电源内部有可能发生正负之间直接接触而短路，引发电池安全性隐患的发生。另外，由于有机-无机复合层含有的无机粉体是空心的，则有效地降低了该电化学电源复合隔膜的重量，从而有效的提高了电化学电源的能量密度。有机-无机复合层含有的无机纳米纤维能有效的提高该电化学电源复合隔膜的机械强度。因此，在本发明电化学电源复合隔膜采用有机-无机复合层与无纺布隔膜层结合，能使得有机-无机复合层能与无纺布隔膜层紧密结合，增强了电化学电源复合隔膜的破膜温度、散热性能和强度以及降低了其重量，其高了电化学电源复合隔膜安全性和延长了其使用寿命，从而提高了电化学电源安全性能和延长了其循环使用寿命以及提高了电化学电源能量密度。

上述电化学电源复合隔膜制备方法将有机-无机复合层浆料直接涂覆在无纺布隔膜层为基体表面，干燥即可，工艺简单，条件易控，对设备要求低，生产效率，生产成本低，适于工业化生产。