[发明专利]一种锂离子电池用多功能复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，特别是涉及一种锂离子电池用多功能复合膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点，已经成为广泛使用的新一代电池。随着近期的笔记本电脑、数码相机、手机、电动车等爆炸事故的出现，锂离子电池的安全性问题已经成为决定锂离子电池电池行业生死存亡的关键性问题之一。

隔膜是二次锂离子电池的重要组成部分，它置于正负极之间，它不但起到使正负极尽量靠近又避免活性物质直接接触而短路的作用，而且起到让离子在正负极之间自由通过同时不让电子通过的作用。至今，由于聚烯烃材料具有良好的化学稳定性和高的绝缘性，商品化锂离子电池的隔膜材料主要采用聚烯烃材料。

锂离子二次电池存在因内部短路或外部连接错误造成的非正常大电流，从而引起电池内部的温度升高而引起爆炸的潜在危险，因而要求隔膜必须有合适的闭孔温度，能够及时切断电流，从而确保电池安全。普遍认为锂离子电池隔膜的合适闭孔温度为120-140℃，闭孔温度太低，则电池可正常工作范围太窄，电池充放电中正常发热容易引起隔膜的闭孔从而导致电池性能的下降；如果闭孔温度太高，则隔膜起不到保险丝的作用。为了保证电池的安全使用，优选的是具有适当闭孔温度和高的破膜温度的隔膜材料，并且破膜温度和闭孔温度的差值越大越好。PE隔膜的闭孔温度约为130℃-140℃，被认为是理想的闭孔温度，但不足的是PE隔膜的耐热性差，破膜温度不高于150℃，即其闭孔温度和破膜温度相差最大不超过20℃，其安全性不高。PP隔膜的闭孔温度为150℃以上，与锂的熔点接近，这显然是不安全的。近年来发展的多层隔膜结合了聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的优点，如Celgard公司和日本UBE公司生产的PP/PE双层和PP/PE/PP三层隔膜，兼具了PE层具有的低的闭孔温度和PP层具有高的破膜温度（大于170℃）的优点，其安全性比只用单层PE或PP膜都要好。但基于锂离子二次电池的安全考虑，PP隔膜的耐热性依然是不充分的，在高于150℃的温度下，经由干法双向拉伸的PP层即使没有破裂，但是由于热收缩严重存在电池电极直接接触引起短路的危险，因此用作锂离子电池隔膜依然不太理想。中国发明专利CN101471432A公开了一种以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜为基材的耐高温复合膜，虽然PET膜具有很好的耐热性，其熔点为256℃-265℃，但从锂离子电池的安全考虑，忽略了作为锂离子电池隔膜所应提供的低闭孔温度。当锂离子电池由于内部短路，外部连接错误或是大电流充电而导致电池内部温度迅速升高，如果隔膜没有发挥较低闭孔温度的闭孔作用，从而切断电流，就极易引起电池起火爆炸。

另外，由于聚乙烯、聚丙烯材料本身的结晶度高且极性小，所以由聚乙烯、聚丙烯制成的隔膜存在对电解质亲和性差，不利于电解液的溶胀，仅靠微孔内部包埋的电解质导电。而且聚丙烯属难粘材料，不利于正、负极间的粘合，隔膜与电极间界面结合不紧密，从而影响电池的能量密度和安全性能。

综上所述，开发具有高安全性能和高电解质亲和性能的多功能复合膜迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种锂离子电池用多功能复合膜，既可提高隔膜热安全性能，又可以提高隔膜浸润性能。

为此，本发明提供了一种锂离子电池用多功能复合膜，所述锂离子电池用多功能复合膜的中间层为高强度聚四氟乙烯基体膜3，与高强度聚四氟乙烯基体膜3相邻的上下两层膜分别为聚烯烃膜2、聚烯烃膜4，聚烯烃膜2、聚烯烃膜4的外层分别为聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜1、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜5。

优选的，所述聚烯烃膜2、聚烯烃膜4为聚乙烯膜、聚丙烯膜中的一种。

优选的，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜1、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜5为分子量在20万-60万的聚合物。

优选的，所述高强度聚四氟乙烯基体膜3的厚度为2-20μm。

优选的，所述聚乙烯膜或聚丙烯膜为平均分子量在100万-300万的高密度聚乙烯或高密度聚丙烯。

本发明提供了所述锂离子电池用多功能复合膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将所述高强度聚四氟乙烯基体膜3经电晕、紫外光、化学氧化中的一种方法进行前处理；

（2）将重量比为有机溶剂5%-10%的聚烯烃，重量比为有机溶剂1%-10%的造孔剂，与有机溶剂在20-60℃恒温水浴中机械搅拌得到聚烯烃膜2、聚烯烃膜4液；