[发明专利]复合隔膜及其制备方法，以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的复合隔膜及其制备方法，以及应用该复合隔膜的锂离子电池。

背景技术

在锂离子电池中，现有的聚烯烃隔膜在热稳定性及耐锂枝晶穿刺性能等方面均难以满足下一代储能或动力电源安全性的苛刻要求。这类隔膜一般是通过干法或湿法造孔技术并经拉伸得到，其缺点是在电池温度过高情况下先会产生严重的热收缩，造成隔膜崩溃，导致电池内短路，热失控，进而发生严重安全事故。为此，国内外隔膜厂商正在加大力度，开发下一代隔膜。

纳米纤维无纺布隔膜具有极高的孔隙率（大于80%），因其制备为非拉伸工艺，若选用耐高温原料，如聚酰亚胺、PET、尼龙、玻纤等，隔膜可在200℃以上无热收缩，这些特点可为电池提供极佳的倍率性能和安全性能，因此纳米纤维无纺布隔膜被众多业界人士视为下一代动力、储能电池用锂电隔膜材料。尽管如此，纳米纤维无纺布隔膜单独用作锂电隔膜，还未获得完全认可。这是因为这类膜的微孔孔径大多为微米级，而现在的锂电池中越来越多的应用纳米材料做为电极材料，从而导致纳米纤维无纺布难以完全阻止纳米材料的穿透。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种利用无纺布制造的复合隔膜及其制备方法，以及锂离子电池。

一种复合隔膜的制备方法，包括：

S1，制备无纺布-有机聚合物复合基材，包括：

S11，提供一改性溶液，该改性溶液包括以下组分：含烯基的烷氧基硅烷、含烯基的聚合物单体、交联剂、催化剂及有机溶剂；

S12，将锂离子电池隔膜用无纺布浸于该改性溶液中；以及

S13，将该无纺布取出并烘干；

S2，制备复合凝胶，包括：

S21，制备无机改性纳米粉体，该无机改性纳米粉体包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)与含有C=C基团的硅烷偶联剂共聚形成的聚合物，并进一步包括与该烷氧基硅烷通过缩合反应连接的纳米溶胶；

S22，将该无机改性纳米粉体分散于有机溶剂，形成分散液；以及

S23，在该分散液中加入凝胶聚合物，均匀混合得到该复合凝胶；以及

S3，将该复合凝胶与该无纺布-有机聚合物复合基材复合。

一种复合隔膜，包括：无纺布-有机聚合物复合基材；以及与该无纺布-有机聚合物复合基材复合的复合凝胶，其中，该无纺布-有机聚合物复合基材包括无纺布及交联聚合物，该交联聚合物由含烯基的聚合物单体与含烯基的烷氧基硅烷在催化剂与交联剂的作用下共聚形成；该复合凝胶包括凝胶聚合物及无机改性纳米粉体，该无机改性纳米粉体包括甲基丙烯酸甲酯与含有C=C基团的硅烷偶联剂共聚形成的聚合物，并进一步包括与该烷氧基硅烷通过缩合反应连接的纳米溶胶。

一种锂离子电池，包括正极、负极以及设置在该正极与负极之间的凝胶聚合物电解质膜，该凝胶聚合物电解质膜包括所述的复合隔膜，以及渗透于该复合隔膜中的非水电解液。

与现有技术比较，本发明将纳米纤维无纺布隔膜与凝胶电解质复合，凝胶物质中掺杂单分散纳米粒子，凝胶物质可以填充于纳米纤维微孔，阻挡无机材料的穿透，无纺布具有较好的热尺寸稳定性和凝胶的防电解液渗漏特性，从而有利于提高锂离子电池的安全性及充放电性能。

附图说明

图1为本发明实施例的复合隔膜额制备方法的流程图。

图2为本发明实施例的无机改性纳米粉体的傅立叶变换红外谱图(FTIR)。

图3为本发明实施例的复合隔膜的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例的锂离子电池的放电曲线。

图5为对比例的锂离子电池的放电曲线。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的复合隔膜及其制备方法，以及锂离子电池作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种复合隔膜的制备方法，其包括以下步骤：

S1，制备无纺布-有机聚合物复合基材；

S2，制备复合凝胶；以及

S3，将该复合凝胶与该无纺布-有机聚合物复合基材复合。

首先介绍该步骤S1，该无纺布-有机聚合物复合基材含有以下两种组分：1）无纺布及2）含烯基的聚合物单体与含烯基的烷氧基硅烷在催化剂与交联剂的作用下共聚形成的交联聚合物。该无纺布为锂离子电池隔膜中使用的纳米纤维无纺布。优选地，该无纺布的耐热温度大于200℃，具体可以为聚酰亚胺纳米纤维无纺布、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）纳米纤维无纺布、纤维素纳米纤维无纺布、芳纶纳米纤维无纺布、玻璃纤维无纺布、尼龙纳米纤维无纺布或聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维无纺布。