[实用新型]一种复合锂电池隔膜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池隔膜，尤其是一种复合锂电池隔膜。

背景技术

锂离子电池隔膜从制造技术来分目前主要有单向拉伸工艺和双向拉伸工艺，还有湿法同步拉伸和干法拉伸，不论采用什么生产工艺，锂电池隔膜所用的原材料多是聚乙烯、聚丙烯，近来也有PVDF锂电池隔膜制造技术的报道，采用的是流延法或者是刮涂方法，不经过拉伸成膜。对于单层膜PE、PP来说，它们的耐温性能不好，孔隙率也比较低（30～40%），安全性差；而三层复合膜PP/PE/PP有较好的安全性（在温度较高时中间层PE熔化，封闭离子通道，起到保护电池安全的作用），但耐温性不好，孔隙率低；为了提高隔膜的耐温性，也有人在PP、PE、PP、PP/PE/PP的隔膜表面刮涂（喷雾、浸渍、沉积）PVDF或陶瓷，这样隔膜的耐温性虽然提高了，但是孔隙率却相对降低。因此这些隔膜只能做消费类锂电池隔膜，不能大功率快速充放电。

湿法双向同步拉伸工艺（单向拉伸和纵向拉伸用同步拉伸机一次完成），只适用于PE原料，它源于日本，隔膜的孔型为圆形、孔径以及孔的分布比较均匀，采用的是热致相分离原理成孔；干法单向拉伸工艺（只在机器方向拉伸挤出铸片成膜），适合于PP和PE两种原料，同时还可以生产PP/PE/PP复合隔膜，也有采用此工艺以PMP、POM材料制造隔膜的研究报道，但是没有形成市场销售产品，它源于美国，隔膜孔型为矩形，比湿法隔膜耐温，它采用的是晶相分离成孔原理；干法双向异步拉伸工艺（先对铸片纵向拉伸然后再横向拉伸），只适合于PP原料，孔型不定，孔径和孔的分布不均匀，孔隙率很低，它源于中国，采用的是晶型转换成孔原理。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有技术中锂电池隔膜的耐温性不好、孔隙率低的问题，提供一种复合锂电池隔膜，使其孔隙率高、安全性好、耐高温好、力学强度好，并且可以快速充放电，能够用于汽车动力锂电池。

本实用新型的原理：选用耐温的、适合用作锂电池隔膜的原料，采用静电纺丝技术，将原料制成nm/μm/nm纤维直径分布的复合无纺布，经过溶剂挥发和（或）温度、压力控制形成三明治形式的一体复合纤维网，作为动力锂电池隔膜。其中中间层纤维比较粗起着支撑层的作用，同时由于它的熔融温度略低于表皮层，当电池内温度过高时可以熔化关闭离子通道，起到保护电池安全的作用。表皮层纤维直径细，纤维孔径小，属于纳米级孔径，孔隙率较高，允许大量锂离子在很短的时间内通过隔膜，实现快速充放电，而隔膜材料的选取可以承受短时间内充放电产生的热量，所以适合汽车用动力锂电池使用。

技术方案

一种复合锂电池隔膜，由上层纳米纤维膜、中间层微米纤维膜和下层纳米纤维膜复合而成，上层纳米纤维膜和下层纳米纤维膜的纤维直径为1～200nm，中间层微米纤维膜的纤维直径为1～10μm。上层纳米纤维膜和下层纳米纤维膜的孔径小、孔隙率高，能够被电解液完全润湿、允许大量锂离子通过，从而达到快速充放电的目的。中间层微米纤维膜的功能主要由两种：一是在保证孔隙率不低于上下层的情况下起力学支撑作用，满足锂电池制造的要求，二是在电池温度达到该层聚合物熔点时熔化成液体堵塞上下两层的孔，截断离子通道，起到安全保护的作用。

所述复合锂电池隔膜的总厚度为6～40μm。

复合锂电池隔膜的制备方法：将上层纳米纤维膜、中间层微米纤维膜和下层纳米纤维膜的聚合物材料，通过溶液静电纺丝的方法，分别制备出上层纳米纤维膜、中间层微米纤维膜和下层纳米纤维膜，然后按顺序放卷叠层，再置于固化炉内加热除去溶剂，最后经控温对压辊辊压成型，即得。

所述上层纳米纤维膜和下层纳米纤维膜的聚合物材料为聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、芳纶（Kevlar）、聚芳硫醚砜（PASS）、酮酐型聚酰胺酸（PAA）等高熔点聚合物中的任意一种。

所述中间层微米纤维膜的聚合物材料为聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚乙烯醇（PVA）、聚砜（PSU）等低熔点聚合物中的任意一种。

所述上层纳米纤维膜、中间层微米纤维膜和下层纳米纤维膜的重量比为（5～15）:（70～90）:（5～15），控制这个重量比的目的有两个：一个是控制孔径尺寸，二是满足必要的机械强度。当机械强度和孔径尺寸满足时，上层和下层越薄越好，减少离子通过的曲折度和阻力。

所述固化炉内加热除去溶剂的温度为100～260℃。

所述控温对压辊温度为50～230℃。

所述溶液静电纺丝，具体包括如下步骤：