[发明专利]一种动力锂离子电池用耐高温无纺布复合隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜材料领域，具体涉及一种动力锂离子电池用耐高温无纺布复合隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池目前广泛应用于便携式电子产品如：手机、笔记本电脑、摄像机等所需的充电电池，也逐渐扩展到电动工具、大型动力电源等领域。锂离子电池具有功率密度高、自放电率低、无记忆效应等优点而逐渐替代传统的铅酸蓄和镉镍蓄电池。

环境问题的逐渐严峻使得人们将目光转移到以储能电池为主要动力源的交通工具，混合电动车（HEV）的关注增加，动力电池暴露于高温下的可能性较高，因此在大功率输出性能和安全性方面的要求更高。动力型锂离子电池由正极、隔膜、负极和电解液等构成，而隔膜正是关乎锂离子电池安全性能的关键部分。隔膜的主要作用是隔离正负极并使电子不能自由穿过，同时能让离子自由通过，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能等。

商业化的锂电池隔膜以具备自闭合功能聚烯烃微孔膜为主，其局限性在于难保证高温完整性，即使PP熔点高达160～170℃，但是由于聚烯烃微孔膜经过纵向拉伸取向处理，在150℃以上的高温下会发生20%以上的热收缩甚至熔融破坏，使得锂电池的安全性降低，而动力锂电池对隔膜的耐温性能要求更高。为进一步提高锂离子电池的安全性能以及大功率电池的技术发展，以无纺布为基材制造隔膜的技术正在引起人们的关注。

无纺布虽具有成本低、制作方便等优点，但是由于无纺布的孔径太大，不适合直接用作锂电池隔膜。为保证隔膜的使用性能，必须将最大孔径控制在一定范围内，提高材料的孔隙率，并保证孔隙的均匀性。为解决这一问题，主要的解决办法有通过加入无机物颗粒或涂覆树脂以控制孔径和孔隙率。

CN102433745A公开一种动力锂电池隔膜的制备方法，以湿法无纺布为基材，将氯化聚偏氟乙烯和丙三醇、次氯酸钠、DMF以及碳化硅纳米晶须制备的涂液涂布在基材表面，经真空干燥、热压成型处理后得到电池隔膜，该方法提高了隔膜的吸液率、电学性能、耐高温性能。

CN102529247A公开一种无机/有机复合无纺布复合隔膜的制备方法，即在聚丙烯无纺布两面复合含有二氧化硅纳米粒子和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的多孔膜层，提高隔膜的耐热性、离子电导率和机械强度。

CN101393976B公开一种复合隔膜的制备方法，将聚酰亚胺前驱体溶液涂覆在无纺布两面，浸润滚压后再在惰性气体保护的条件下烘烤，得到电池隔膜。

由于聚烯烃膜表面为非极性，而上述的几种方法没有预先对膜进行任何处理，因此膜表面和涂层之间只是靠机械连接及次价力连接，涂层容易脱落。

德国德固赛(Degussa)公司的Separion隔膜也不例外，US20110206971A报道在纤维素非织造布上复合Al₂O₃(或其他无机物)制备Separion隔膜，Separion体现了纤维素受热不易变形的特性，在200℃下不发生收缩和熔融现象，可提高动力电池的安全性，但是制备过程涉及的相转化法较复杂，费用高，且隔膜复合强度无机涂层易脱落从而造成安全隐患。

CN102412377A报道将绝缘碳纤维无纺布基底用电晕或等离子法处理后涂上浆料固化得到一种隔膜，其浆料含有陶瓷颗粒、硅烷偶联剂和粘结剂（水性聚氨酯、水性氯醋树脂、水性环氧树脂等），该隔膜具有优异的耐热性能（200℃热处理0.5h基本没有热收缩）和耐化学腐蚀性能，同时强度高可在很大程度上避免锂枝晶刺穿隔膜导致的电池内部短路。该方法看似简单，但是前处理用的电晕和等离子方法需要的设备昂贵复杂很难在工业上得到广泛的应用。