[发明专利]一种锂离子动力电池用隔膜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子动力电池用隔膜及其制作方法。

背景技术

随着低碳经济的到来，对锂离子动力电池的需求越来越大，而动力电池面临的最大障碍即为安全问题。锂离子动力电池在大电流条件下，由于电极材料本身性能的限制，易导致金属锂在负极表面沉积，形成大量枝晶，而这些枝晶的存在易刺透隔膜，造成电池内部微短路从而引发安全隐患，因此可以说，电池隔膜对电池的安全性有着直接影响。

目前商用锂离子动力电池的隔膜主要是多孔聚合物膜（例如聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜或由聚丙烯/聚乙烯复合材料制成的复合隔膜）或无机无纺布隔膜（由玻璃或陶瓷材料制成）。

聚合物隔膜质轻，具有良好的电绝缘性，其不足是熔点较低，热稳定性较差，在电池发生热滥用的时候，由于电池内部的热积聚极易发生变形甚至热熔从而造成电池内部短路，存在较大的安全隐患，同时强度低，易被锂枝晶穿透。

例如，申请公布号CN102569700A，申请公布日2012.07.11的中国专利公开了一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，该发明在陶瓷粉末的表层接枝含锂的苯磺酸盐，再将接枝后的陶瓷粉末涂覆在聚烯烃微孔膜上，即获得陶瓷涂覆隔膜。其不足之处在于，该陶瓷涂覆隔膜的基材层还是普通的聚烯烃隔膜，虽然在表面涂覆有接枝后的陶瓷粉末，但由于聚烯烃本身的热稳定性较差，该隔膜还是没有从本质上提高耐高温性能，使得该隔膜的热安全性还是较差。

虽然无机无纺布隔膜热稳定性与结构强度好，但表面孔隙率高，无法在电池内部完全隔断正负极，易产生微短路，同时耐腐蚀性能较差。

最新发展含有陶瓷和混合物的混杂型隔膜，例如基于聚合物无纺布（例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯的纤维的聚合物无纺布）制成的隔膜，该隔膜表面具有多孔的陶瓷涂层。该隔膜具有较好的热稳定性，但耐热性能远远不够，耐化学腐蚀性差，同时强度低，易被锂枝晶穿透，此外，该隔膜在制作时，通常不对无纺布进行处理，使得陶瓷涂层与无纺布之间的粘结强度低，易掉粉，而且陶瓷浆料涂覆在无纺布上后采用恒温固化干燥，使陶瓷浆料不易完全烘干，影响使用。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的隔膜耐热性能、耐刺穿性能及耐腐蚀性能较差的问题，提供了一种锂离子动力电池用隔膜，该隔膜具有优异的耐热性能、耐刺穿性能及耐腐蚀性能，热安全性能佳。

本发明还提供了一种锂离子动力电池用隔膜的制作方法，该方法工艺步骤简单，易操作，得到的隔膜上的浆料层与无纺布之间的粘结强度高，不易掉粉，而且浆料层烘干彻底。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子动力电池用隔膜，包括基材层及涂覆在基材层两面的浆料层，所述基材层为由质量比为1:20~25的纳米纤维素与聚合物加工而成的无纺布，所述浆料层的原料包括粘结剂及陶瓷颗粒。本发明隔膜的基材层采用由聚合物与纳米纤维素加工而成的无纺布，与普通单纯由聚合物制成的聚合物无纺布不同的是，在制造过程中掺入了一定量的纳米纤维素，这样能使得最后得到的无纺布结构强度（耐刺穿性能）、耐腐蚀性能及耐热性能得到大大提高，基材层中，纳米纤维素与聚合物的质量比为1:20~25，纳米纤维素加入量过大，隔膜刚性与硬度大，柔韧性差，纳米纤维素与聚合物的质量比为1:20~25，得到的隔膜柔韧性好，强度大，最重要的是，纳米纤维素加入到聚合物无纺布中后，还意外发现能使本发明隔膜的电解液亲和性（也就是浸润能力）与保液性能得到提高，能有效改善电池的循环性能；浆料层的原料包括陶瓷颗粒与粘结剂，这两种是浆料的主要成分，不可缺少，浆料层的原料还可包括各种助剂，如防沉降剂等，助剂种类与加入量均可根据实际需求而定，并无限定，陶瓷颗粒可填充在无纺布的孔隙中，有效解决了因无纺布较高的孔隙率而产生的微短路现象，同时陶瓷颗粒具有优良的耐高温、抗腐蚀特性，可进一步提高隔膜的热稳定性。

作为优选，隔膜总厚度为20~35μm，其中，基材层厚度为16~27μm，浆料层厚度为2~4μm。隔膜总厚度为20~35μm，厚度范围适中，用于动力电池，既能保证电池具有良好的电化学性能，同时又保证了电池的安全性能。

作为优选，所述聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或聚丙烯。

作为优选，所述纳米纤维素直径为1~100nm，长度为100~200nm。

作为优选，浆料层中，粘结剂与陶瓷颗粒的质量比为1~2：20。