[发明专利]一种锂离子电池隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜。

背景技术

在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。

目前，聚烯烃隔膜生产工艺可按照干法（熔融拉伸，MSCS）和湿法（热致相分离，TIPS）分为两种，同时干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。

湿法的基本过程是指在高温下将聚合物溶于高沸点、低挥发性的溶剂中形成均相液，然后降温冷却，导致溶液产生液－固相分离或液－液相分离，再选用挥发性试剂将高沸点溶剂萃取出来，经过干燥获得一定结构形状的高分子微孔膜。在隔膜用微孔膜制造过程中，可以在溶剂萃取前进行单向或双向拉伸，萃取后进行定型处理并收卷成膜，也可以在萃取后进行拉伸。

电池隔膜的发展是随着锂电池的需求不断变化而不断发展的，尤其是随着锂电池在电动自行车、电动汽车及电动工具等领域的使用，为了获得高的容量、提供大的功率，通常一个电池需要使用几十甚至上百个电芯进行串接。由于锂电池具有潜在的爆炸危险，隔膜的安全性相当重要。但无论聚乙烯、聚丙烯还是其他热塑性高分子材料，在接近熔点时材料均会因熔化而收缩变形，给动力电池的安全性带来潜在的隐患。国内外多家公司和研究机构都针对隔膜热稳定性方面进行了改进。

US7794511美国专利文献中提出一种在聚丙烯隔膜上涂布PVDF的工艺，可以一定程度上提高耐温性，但因为PVDF材料熔点为170度左右，仍然不能满足电动汽车耐温200度的要求；

201110002330.0的中国专利文献中提出一种在聚烯烃隔膜表面涂布无机物的工艺，将一定粒径的氧化铝/氧化硅/氧化锆等涂布于隔膜表面，利用无机物的耐高温性能提高隔膜整体的耐温性。但无机物涂布后会影响隔膜的透气性，进而减小最终制成的电池的容量，同时涂布的氧化物在电池使用过程中容易从聚烯烃隔膜表面脱落或者无机物颗粒掉入聚烯烃隔膜的空洞中造成堵孔，这些都对电池使用会造成不好的影响。

随着锂电池在电动汽车上的使用，通过不同的技术手段来得到高耐温性的隔膜已经成为一个明显的发展趋势。但目前市场以涂布有机物和无机物为主的方式，是在现有隔膜生产工艺后又添加了一步涂布工艺，工艺复杂；同时虽然各个厂家都在采用不同的技术来减小涂布对原有聚烯烃隔膜微孔的遮挡作用，但涂布的方式已经决定涂布层必然会堵住部分原有隔膜的微孔，这和电动汽车要求的高容量相悖。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种锂离子电池隔膜，本发明隔膜表面部位与隔膜中心部分孔径和孔隙率不同，不但可以防止电池使用中锂结晶穿透隔膜造成短路，而且还可以保证具有足够高的电解液保持率和高的电池容量。

为了解决上述技术问题，本发明一种锂离子电池隔膜予以实现的技术方案是：该锂离子电池隔膜按照质量份数比具有以下组分组成：12-30份聚烯烃和4-24份无机物颗粒，其制备方法包含如下步骤：

1）将聚烯烃、无机物颗粒和塑化剂加入到双螺杆挤出机中，通过加热剪切形成均相；挤出时温度为150-250度，螺杆转速在100-600rpm；

2）双螺杆挤出机挤出的混合物通过衣架式模头形成片材，并在冷却辊上冷却形成厚度为500-3000um的厚膜；冷却辊为单面接触熔体冷却或双面接触熔体冷却，冷却辊温度为0-50℃；

3）通过一个方向或者两个方向的拉伸，拉伸比例为9-50倍，将厚膜拉伸成薄膜；拉伸温度在80-130℃，若是两个方向的拉伸，则先纵向拉伸后横向拉伸或横纵两个方向同时拉伸；

4）薄膜经过盛满萃取剂的槽体，将薄膜中的塑化剂洗去，经过萃取后塑化剂残留量低于1%；

5）从萃取槽出来的薄膜经过拉伸比例为1-2.5倍的横向拉伸，该横向拉伸的温度为100-130℃；

6）将薄膜进行热处理，采用空气加热或热辊加热，加热温度为100～（聚烯烃熔点+70）℃，处理时间为0.5-6min，热处理后的薄膜表面聚合物熔化，最终获得表面孔隙率低于中心部分孔隙率的锂离子电池隔膜。