[发明专利]锂离子电池、所使用的隔离膜及隔离膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种性能优良的锂离子电池隔离膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在受到滥用（如过充、过热、穿刺等）时，温升通常会达到90℃以上；但电池的温度一旦超过90℃，其电芯中的传统PE、PP隔离膜就会有较大的收缩，并因导致正负极短路而产生更多的热量，使得电池容易发生着火甚至爆炸。

针对上述情况，目前一般是在隔离膜上涂布一层陶瓷层来降低隔离膜的热收缩，以防止电池发生正负极短路。但是，引入陶瓷层会影响锂离子电池的多种性能，例如，会降低电池的能量密度，会降低充放电过程中锂离子的迁移速率而导致电池倍率性能变差，会降低电池的循环寿命，还会降低隔离膜与正负极的粘接性能而导致不能很好地控制循环所引起的电池变形。另外，由于陶瓷涂层只是以物理方式附着在隔离膜上，陶瓷涂层与隔离膜之间的附着力在高温下是非常微小的，因此当锂离子电池在过热、挤压等不规范条件下使用时，其正负极所产生的大量热能仍会使陶瓷隔离膜产生较大的热收缩，从而导致电池正负极短路而引发安全事故。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够提高电池倍率性能、循环性能和安全性能的锂离子电池隔离膜及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池隔离膜，其包含单体A与单体B共聚形成的嵌段共聚物树脂，其中，单体A选自氰酸酯、氰酸酯的衍生物，单体B选自烯烃、烯烃的衍生物。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述嵌段共聚物树脂在130℃/3h的热收缩小于3%。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述单体A的通式为NCO-R1-R2-R1-OCN，其中R1可以是甲基、苯环、苯环衍生物、硅烷结构，R2选自C1～C3烷基、苯环、苯环衍生物结构，但R1和R2中至少要有一个含有苯环或苯环衍生物。这是因为苯环或苯环衍生物为刚性结构，其一方面可以改善隔离膜的热收缩性能，另一方面可以改善隔离膜的尺寸稳定性。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述单体A的Tg范围在250℃～400℃之间。由于单体A的分子结构中含有苯环，同时单体A也是一种结晶型分子，所以分子链段结构比较规整，导致单体A均具有比较高的Tg，同时由于结构中基团和基团位置的不同，单体A具有较宽的Tg范围。在Tg过低（小于250℃）的合成条件下，制备工艺和制造设备虽然都比较容易控制，但是却无法得到热收缩性能优异的隔离膜；如果Tg过高（大于400℃），合成条件就会比较苛刻，会需要更高的合成温度，过程控制也需要更加严格，导致隔离膜的成型工艺温度比较高，对设备的要求也更高；因此考虑到成本、综合合成条件、控制工艺和制造设备等多方面因素，将单体A的优选Tg范围设定在250℃～400℃之间。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述单体A优选具有比较低介电常数，如介电常数范围在2.0～6.0之间，以起到电子绝缘的目的，改善电池自放电现象。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述单体B选自C4～C12的直链烯烃及其衍生物或支链烯烃及其衍生物中的一种或多种。选择这类型单体B是因为它首先可以与单体A形成良好的嵌段共聚物树脂，改善隔离膜的韧性；其次是可以改善制备过程的工艺条件。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述嵌段共聚物树脂的数均分子量为80万～100万。这是因为分子量在此范围内的隔离膜在诸多方面性能俱佳；而如果分子量过低会影响隔离膜的热收缩和强度，分子量过高则会影响到隔离膜的制备工艺。

作为本发明锂离子电池隔离膜的一种改进，所述嵌段共聚物树脂中单体A的单体与单体B的摩尔比为10:90～50:50。这是为了使隔离膜达到性能最优，因为：如果单体A含量比较小，就很难达到预期的效果，导致隔离膜介电常数偏大、电池自放电增大、电池容量损失严重，同时，隔离膜的粘结性能会降低，隔离膜与正负极片之间的粘接性能降低将使得电池内部界面性能降低，影响电池的循环寿命和循环膨胀；相反，如果单体A含量较多，所形成的嵌段共聚物树脂就具有很大的脆性，难以形成电池用隔离膜；可见，只有当单体A与单体B的比例适中时，才会形成性能良好的隔离膜。