[发明专利]一种芳纶聚合体涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜，特别是一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法，属电池技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点而被广泛用作各种移动设备的电源。锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜和电解质，隔膜作为正负极之间的阻隔物对锂离子电池的性能起到至关重要的作用，因此通过改进隔膜的性能来提高锂离子电池的安全性、使用性、工艺性的研究受到越来越多的关注。目前，锂离子电池使用的隔膜一般为聚烯烃多孔膜，其熔点低于170℃。当电池温度因内部或外部因素而升高时，隔膜会收缩或熔融进而发生破孔，造成电池正负极接触导致电池短路，引起电池燃烧爆炸等意外事故的发生。

制备芳纶涂覆的锂离子电池隔膜时，多直接使用DMAC、DMF、NMP、DMSO等有机溶剂配合助溶剂溶解芳纶纤维制备芳纶溶解液，然后添加成孔剂得芳纶浆料，使涂覆膜浸凝固液固化，最后经水洗、烘干制得芳纶涂覆锂离子电池隔膜。该方法仍存在以下问题：第一、芳纶纤维需加热溶解，该过程会导致部分芳纶纤维分解，造成耐热性及机械性能变差；第二、该方法受浆料的热力学状态和浆料与凝固液之间的传质动力学共同支配，影响因素复杂，孔结构控制困难；第三、涂层由致密皮层和疏松多孔的亚层组成，致密皮层的生成会阻碍锂离子的迁移，影响电解液与隔膜的润湿性能；第四、凝固液组成变化多样，多数为高浓度有机溶液，造成成本压力的同时，引起回收及环境污染等问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，提供一种芳纶聚合体涂覆的锂离子电池隔膜，它具有污染小、成本低、工艺简单，既能够大规模连续化生产，又能在保持原有芳纶涂覆隔膜优异的耐热性及机械性能的基础上，进一步提升其电解液润湿性能的特点。

本发明还提供了这种芳纶聚合体涂覆的锂离子电池隔膜的制备方法。

本发明所述技术问题是通过以下技术方案解决的：

一种芳纶聚合体涂覆的锂离子电池隔膜，包括基膜和涂布于该基膜单侧或双侧的涂层，所述涂层由芳纶浆料经涂布、预凝固、浸水、烘干后获得，其改进在于，所述芳纶浆料的组成及其质量份数为：

芳纶聚合体45-75份，

乳化剂0.5-1份，

溶剂A 14.5-30份，

溶剂B 8-33.5份，

胶黏剂0.5-2份；

所述溶剂A为NMP、DMSO、DMF或DMAC中的一种，所述溶剂B为乙酸乙酯、异丙醇、二氯甲烷或磷酸三乙酯中的一种或几种；所述芳纶聚合体中的芳纶含量按质量计为10-20%。

上述锂离子电池隔膜，所述芳纶聚合体为分子量5000-100000的对位或间位芳纶聚合体的一种或两种。

上述锂离子电池隔膜，所述乳化剂为聚氧化乙烯，聚乙二醇，聚乙烯醇、聚丙烯酸钠或聚丙烯酰胺中的一种或几种。

上述锂离子电池隔膜，所述涂层厚度为0.5-4μm。

上述锂离子电池隔膜，所述胶黏剂为乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯（PVP-VA）共聚胶黏剂。

上述锂离子电池隔膜，所述锂离子电池基膜为厚度5-40μm，孔隙率30-80%的聚乙烯基膜、聚丙烯基膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚偏氟乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯无纺布基膜、聚酰亚胺无纺布基膜中的一种。

一种制备上述芳纶聚合体涂覆的锂离子电池隔膜的方法，制备按照下述步骤进行：

a.将一定比例乳化剂加入溶剂A中，搅拌至乳化剂粉末完全溶解，制得乳化剂溶液Ⅰ；

b.向芳纶聚合体溶液中加入配方量的上述乳化剂溶液，搅拌均匀制得溶液Ⅱ；

c.向溶液Ⅱ中加入配方量的聚合物胶黏剂、溶剂B，搅拌均匀，制得芳纶浆料；

d.将芳纶浆料涂覆在经电晕处理的锂电池基膜表面，制得涂覆膜；

e.将涂覆膜在相对湿度90%以上的环境中进行预凝固；

f.水洗、烘干即得成品。

上述制备方法，所述步骤e 中预凝固条件为湿度95%以上,预凝固时间3-15s。

上述制备方法，所述步骤f中的涂布方式为凹版涂布、窄缝式涂布、浸涂式涂布或喷涂式涂布中的一种。

本发明制备的锂离子电池隔膜与现有技术相比，具有以下优点 ：

1、直接使用芳纶聚合体代替芳纶纤维溶解液配制芳纶浆料，避免了加热溶解过程导致的芳纶纤维分解问题。

2、所使用的芳纶聚合体不含无机盐类助溶剂，避免了无机离子残留对电池性能造成的不良影响。