[发明专利]一种辐照交联锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种辐照交联锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是在锂蓄电池基础上发展起来一种新型可再充电池，由SONY公司于1990年研制成功并实现商品化。因其具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应等优点而成为近年来新型电源技术的研究热点。可广泛用于便携式电子产品如：手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机甚至于目前世界大力倡导的电动自行车、电动汽车和储能电池等领域。

锂离子电池的主要构件包括电极、隔离膜和电解液三部分，其中隔离膜在锂离子电池中扮演关键性的角色，它是一种绝缘多孔薄膜，在电池中用于隔离正、负电极，允许自由离子于其间通过，起防止两极短路的保护作用。由此，电池隔膜除需要一定的孔隙率和孔径分布，让离子正常通过外，其最重要的性能是其在锂离子电池使用过程中的安全性：一方面隔离正负极，防止二者直接接触而短路；另一方面在电池因外部故障或内部短路，致使电池内部反应失控而造成内部飞温时，隔离膜能在较低温度下正常自闭孔，隔断电池正负极反应，使电池停止工作，并在反应停止但内部温度继续上升到更高温度时，隔膜仍有足够的耐高温性能，保持尺寸稳定不致破孔，即有较高的破膜温度。所以，我们希望隔膜即有较低自闭孔温度又有较高的破孔温度。

目前锂离子电池隔膜主要是聚烯烃类多孔薄膜，有聚乙烯单层膜，聚丙烯单层膜，或是聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜等。对聚乙烯单层膜，因聚乙烯130℃左右熔融，熔点较低，在锂离子电池中有较低的闭孔温度，能有效保护电路，但其破膜温度也很低，不到140℃就易熔融破孔，对锂离子电池的安全性能非常不利。对聚丙烯单层膜，虽其有相对较高的破孔温度（170℃以上），但聚丙烯熔点在160～170℃之间，其只有在锂离子电池内部温度达到160℃以上才闭孔，该温度接近锂的熔点，也高于电池有机溶剂沸点，溶剂挥发成气体会使内部压力增大；电解质锂盐在该温度下也易分解产生含氟酸性气体，而使溶剂进一步发生分解反应。因此，其较高的闭孔温度对锂离子电池安全使用非常不利。对聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜，该膜即具有聚乙烯较低的闭孔温度，又兼有聚丙烯较高的破孔温度，能有效保护电池电路。但其缺点是，一，要使中间聚乙烯层能正常闭孔，两边聚丙烯层保持尺寸稳定，其厚度将远大于单层膜，从而占据锂离子电池中有限空间，若将三层膜做到单层厚度，中间聚乙烯层将非常薄，此厚度将不足以完全闭孔以阻断电流。二，该三层复合膜机械强度较低，120℃热收缩较大，使用过程中电池卷绕短路率高，不利生产。三，这种隔膜的破孔温度仍然难以满足大功率动力锂离子电池的领域，如动力自行车、动力汽车等。

提高电池安全性能的方法有很多：中国专利号CN101997102A公开了一种三层复合微孔膜的制备方法，该膜中间层为聚乙烯或聚乙烯与其他烯烃的共聚物或混合物，外两层为聚偏氟乙烯或六氟丙烯-偏氟乙烯的共聚物，该复合膜具有闭孔温度低、破膜温度高、机械强度高等优点。专利CN201877484U提出一种上下两层聚丙烯微孔膜或上下两层聚乙烯微孔膜中间包夹一聚四氟乙烯微孔膜的三层复合膜，该膜也把隔膜破膜温度提高到200℃以上。专利CN200580051172提出在隔膜上涂布高熔点的聚间苯二甲酰间苯二胺多孔质层形成复合式隔膜，从而将隔膜破膜温度提高至250℃以上。但一方面该涂布工艺中涂布厚度均匀性难控制；另一方面，涂布液会堵塞部分孔道。

为了解决前述锂离子电池隔膜安全性能不足的缺点，因此要研究一种锂离子电池隔膜，其即具有低的闭孔温度，又兼有更高的破孔温度，同时厚度不至过厚，其他性能更加优越的隔膜，以适应越来越苛刻的市场对锂离子电池隔膜的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种辐照交联锂离子电池隔膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种辐照交联聚乙烯多孔隔膜的制备方法，它包括以下步骤：（1）将聚乙烯多孔隔膜浸泡在含有质量浓度为0.01-10%的光引发剂、质量浓度为0.01-10%的交联剂的易挥发性有机溶剂中5秒以上，取出后室温干燥；

（2）将步骤1浸泡后的隔膜放置在质量浓度为0-5%的亲水性单体的水溶液液面以下1-50mm处用辐照源辐照2秒以上，或直接把浸泡后的隔膜置于惰性气体保护氛围下用辐照源辐照2秒以上，辐照温度为室温至110℃，隔膜表面离辐照源距离3-15cm，得到辐照交联聚乙烯多孔隔膜。