[发明专利]耐高温含纤维素纤维基材的锂电子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温含纤维素纤维基材的锂电子电池隔膜及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池隔膜材料主要为聚烯烃隔膜如单层聚丙烯(PP)微孔膜、单层聚乙烯(PE)微孔膜以及三层PP/PE/PP复合膜，该类隔膜制备方法主要为干法拉伸致孔法和湿法相分离法。聚烯烃隔膜弊端在于：一、聚烯烃隔膜受热时易收缩，会造成隔膜尺寸不稳定，正负极直接接触而短路；二、闭孔温度和破膜温度较低，当发生电池刺穿等状况时，电池内部大量放热，导致隔膜完全融化收缩，电池短路产生高温直至电池解体或爆炸。这些弊端是由聚烯烃材料自身特性所决定的，PE熔点为128～135℃，PP熔点为150～166℃。

德国赢创德固赛公司所申请的公开号为CN 100397681C、CN 1679183A及CN 101425570A等的发明专利，已公开柔性陶瓷锂电隔膜的制备方法，该隔膜是以无纺布为基材，以氧化铝为主要成分的无机涂料，利用辊涂、膜转移或者凹辊印刷等技术对无纺布基材进行涂布，获得耐高温的陶瓷锂电隔膜。但该隔膜在振动、卷曲、折叠过程中容易掉粉，隔膜一致性较差。厦门大学申请的公开号为CN 1312789C的发明专利，以Celgard 2400为基材，纳米SiO₂、聚氧乙烯、乙腈的混合溶液为隔膜涂层的涂料，制备复合锂电池隔膜，但该隔膜采用的基材需要进口，会造成生产成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是采用纤维素纤维抄造的基材制备耐高温锂离子电池隔膜，要求该隔膜不仅一致性好，而且生产成本低；本发明的另一个目的是提供一种采用上述基材的耐高温锂离子电池隔膜的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种耐高温含纤维素纤维基材的锂电子电池隔膜，其特征在于，其厚度为20～40μm，孔隙率为40～60％，透气度为15～30sec/100cc，该隔膜包括纤维素纤维基材，多孔粘合层及无机涂层。

优选地，所述的纤维素纤维基材由天然纤维素纤维和/或再生纤维素纤维通过湿法造纸机抄造而成，其厚度为15～35μm，孔隙率为60～80％，透气度为8～22sec/100cc。

进一步地，所述的天然纤维素纤维为棉纤维、竹纤维、苎麻纤维和亚麻纤维中的至少一种。

进一步地，所述的再生纤维素纤维为天丝纤维、粘胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维中的至少一种。

进一步地，所述的天然纤维素纤维及所述的再生纤维素纤维在抄造前，经打浆使得单根纤维分丝帚化。

进一步地，所述打浆后的天然纤维素纤维及再生纤维素纤维的平均直径为0.5～2μm，长径比为50～200。

进一步地，所述的粘胶纤维经水力碎浆与高频疏解将纤维束分散成单根纤维。

进一步地，所述粘胶纤维的细度为0.5D，平均长度为2mm。

本发明还提供了上述的耐高温含纤维素纤维基材的锂电子电池隔膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：将固含量为38wt％的水性聚氨酯乳液机械发泡，发泡比为1∶8，将泡沫胶输送至泡沫浴装置，纤维素纤维基材通过牵引浸入泡沫浴施胶，经红外或气流烘干后，泡沫胶在基材表面形成多孔粘合层；该多孔粘合层的厚度为1μm，平均孔径为2μm；

第二步：将无机涂料涂布于纤维素纤维基材和多孔粘合层表面复合形成无机涂层；

第三步：将第二步得到的复合材料经红外辐照或者气流烘干后，制得耐高温锂离子电池隔膜。

优选地，所述无机涂料的制备方法为：将胶粘剂溶于溶剂中，然后加入无机颗粒和胶粘促进剂，采用超高压纳米均质机均化，其中，溶剂重量为无机颗粒重量的1.5～2倍，胶粘剂重量为无机颗粒重量的2～5％，胶粘促进剂重量为无机颗粒重量的0.1～0.5％。

进一步地，所述的无机颗粒为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆中的一种或几种。

进一步地，所述无机颗粒的粒径分布范围为D₁₀：1～1.5μm，D₅₀：2～2.5μm，D₉₇：3～3.5μm。

进一步地，所述的胶粘剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)中的一种或几种。

进一步地，所述的胶粘促进剂为乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种。

进一步地，所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种。

进一步地，所述胶粘剂在所述溶剂中的溶解温度为50℃。