[发明专利]一种环保型锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池隔膜技术领域，具体涉及一种环保型锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子动力电池是新能源汽车的关键核心组件，高容量、高功率型锂离子动力电池在动态条件下大功率输出、快速充放电等性能方面的需求对锂电池的安全性提出了重大挑战，其对隔膜的强度、热尺寸稳定性和热化学、电化学稳定性提出了更高的需求。传统拉伸工艺所得的聚烯烃隔膜电解液吸收和保持能力差影响电池容量，且孔隙率不高(40％左右)影响电池的倍率放电性能和循环使用寿命，另外耐热性不超过150℃，影响电池的安全性。同时，聚烯烃材料在高温下尺寸变形比较明显，而且熔点一般低于170℃，当动力电池大电流放电时，电池局部发热达到这个温度，隔膜就会融化使正负极迅速短路，出现热失控行为。因此，聚烯烃材料隔膜不能满足锂离子动力电池对隔膜提出的新需求，也是制约锂离子动力电池在新能源领域快速应用发展的关键所在。

无纺布纳米纤维环保型隔膜呈现三维立体孔结构，能有效防止锂枝晶短路，其高孔隙率有利于锂离子电池高倍率放电性能及循环性能的改善，通过聚酰胺(PI)、聚酯(PET)、聚砜(PES)、纤维素、芳纶等耐高温材料，使得无纺布作为基材的隔膜使用温度超过170℃，但是无纺布孔径大都在微米级别，且孔径均匀性较差，无法直接用作在锂电池隔膜，尤其是廉价的国产无纺布，所以有必要对无纺布的孔径进行修饰。

传统静电纺丝层制备过程中为了溶解纺丝聚合物，大量使用有机溶剂，不仅污染环境，而且溶剂回收成本高，不利于企业效益和社会效益的进一步提高。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种环保型锂离子电池隔膜及其制备方法，解决环境污染问题，降低生产成本，利于产品工艺控制，具有很高的经济效益和环保价值。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种环保型锂离子电池隔膜，包含无纺布基材层、静电纺丝层和聚合物多孔涂层；组合方式为如下的一种：聚合物多孔涂层/静电纺丝层/无纺布基材层/静电纺丝层/聚合物多孔涂层、无纺布基材层/静电纺丝层/聚合物多孔涂层或者聚合物多孔涂层/无纺布基材层/静电纺丝层/聚合物多孔涂层，所述静电纺丝层所用的聚合物为环保型的水溶性高分子。

所述静电纺丝层所用的环保型的水溶性高分子，包括天然水溶性高分子、化学改性水溶性高分子和合成水溶性高分子中的一种以上。

所述静电纺丝层通过纺丝得到，单层厚度范围为1-15μm，静电纺丝纤维直径范围为10-1500nm。

所述天然水溶性高分子包括淀粉类、纤维素、植物胶和动物胶中的一种以上；所述化学改性水溶性高分子包括羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种以上；所述合成水溶性高分子包括聚丙烯酰胺(PAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季胺盐和聚乙二醇中的一种以上。

所述无纺布基材层的材质优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯腈(PAN)、聚四氟乙烯(PTFE)、芳纶、芳砜纶和纤维素中的一种以上。

所述无纺布基材层的规格参数优选为：克重3-50g/m²，厚度5-40μm，厚度偏差小于±2μm，孔隙率≥30％，孔径分布≤500μm。

所述聚合物多孔涂层为采用传统涂覆方式进行一面涂覆或者两面涂覆制备的单纯聚合物涂层或者纳米陶瓷颗粒掺杂的聚合物涂层，其单层涂层厚度为1-10μm，微孔的孔径为0.01-1μm。

所述聚合物多孔涂层的聚合物材料优选为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸烯丙酯、聚丙烯酸甲酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙烯腈、丙烯腈聚丁橡胶、丙烯腈氯乙烯树脂、丙烯腈异丁烯酸树脂、丙烯腈丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)和芳香族聚酰胺中的一种以上。

一种环保型锂离子电池隔膜，其制备方法包括以下步骤：

第1步，静电纺丝溶液制备：将静电纺丝层所用环保型的水溶性高分子溶解在水中，其中聚合物在溶液中的质量百分比浓度为5-30wt％，测定所述溶液的粘度在100-3000mPa.S之间；