[发明专利]一种聚合物复合膜及其制备方法以及包括其的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种聚合物复合膜及其制备方法；本发明还包括一种采用前述聚合物复合膜的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池主要由正/负极材料、电解质、隔膜及电池外壳包装材料组成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，用于起着分隔正、负极，防止电池内部短路；其允许电解质离子自由通过，完成电化学充放电过程的作用。其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的倍率性能、循环性能以及安全性能(耐高温性能)等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用，被业界称为电池的“第三电极”。

传统隔膜的制备方法主要有“熔融拉伸法”和“热致相分离法”两大类，其中，“熔融拉伸法”的制备原理是聚烯烃等聚合物熔体在高应力场下结晶，形成具有垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构，然后经过热处理得到所谓硬弹性材料。具有硬弹性的聚合物膜拉伸后片晶之间分离，并出现大量微纤，由此而形成大量的微孔结构，再经过热定型即制得微孔膜。其中“热致相分离法”是近年来发展起来的一种制备微孔膜的方法，它是利用聚烯烃等高聚物与某些高沸点的小分子化合物在较高温度(一般高于聚合物的熔化温度Tm)时，形成均相溶液，降低温度又发生固-液或液-液相分离，这样在富聚合物相中含有添加物相，而富添加物相中又含有聚合物相，拉伸后除去低分子物则可制成互相贯通的微孔膜材料。

然而，采用“熔融拉伸法”制备的隔膜，虽然成本相对较低，机械强度(韧性和强度)相对较好，但是耐高温稳定性(热收缩)却欠佳；而采用“热致相分离法”制备的隔膜，虽然耐高温稳定性得到了改善，然而其成本相对较高，而且材料的机械强度变差(变硬)，限制了其在电池领域的发展。

研发人员一直在寻找一种能够在兼顾隔膜韧性与耐高温稳定性能的方式，以适应于电池行业的快速发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物复合膜及其制备方法以及包括其的锂离子电池，以改善聚合物复合膜的耐高温稳定性。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种聚合物复合膜，该聚合物复合膜包括聚合物基膜，该聚合物基膜包括相对设置的第一表面和第二表面，该聚合物复合膜还包括在所述聚合物基膜的第一表面上由内至外依次设置的第一陶瓷层、第一耐热纤维层、以及第一粘结层；其中，聚合物基膜聚合物基膜，所述第一耐热纤维层的材料中同时含有第一高分子材料和第二高分子材料；所述第一高分子材料为熔点在180℃以上的耐热高分子材料；所述第二高分子材料的熔点低于所述第一高分子材料、且所述第二高分子材料在25℃的电解液中的吸液率在40％以上，误差为±5％。

根据本发明的第二个方面，提供了一种聚合物复合膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：S1、提供聚合物基膜，所述聚合物基膜包括相对设置的第一表面和第二表面；S2、在所述聚合物基膜的第一表面上形成第一陶瓷层；S3、配制含有第一高分子材料和第二高分子材料的纺丝溶液，将所述纺丝溶液通过静电纺丝在所述第一陶瓷层的表面上形成第一耐热纤维层；S4、在所述第一耐热纤维层的表面上形成第一粘结层；所述第一高分子材料为熔点在180℃以上的耐热高分子材料；所述第二高分子材料的熔点低于所述第一高分子材料、且所述第二高分子材料在25℃的电解液中的吸液率在40％以上，误差为±5％。

根据本发明的第三个方面，提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极和位于所述正极和负极之间的电池隔膜，所述电池隔膜为本发明所述的聚合物复合膜。

应用本发明的聚合物复合膜及其制备方法以及包括其的锂离子电池，具有以下有益效果：

(1)通过采用耐热高分子材料作为第一高分子材料，有利于改善聚合物复合膜的耐高温性能(横向/纵向热收缩率)，使得聚合物复合膜在高温(180℃)下的热收缩较小，进而有利于避免因电池发热(例如微小短路引发的)造成聚合物复合膜收缩所导致的正负极接触，从而保证了电池的安全性能。

(2)通过采用25℃吸液率在40％以上的第二高分子材料，利用该第二高分子材料在电解液中能够吸液溶胀，部分发生凝胶化的特点，使得凝胶化的第二高分子材料具有一定的粘性，进而有利于增强该第一耐热纤维层与第一陶瓷层之间、和/或该第一耐热纤维层与外层结构(第一粘结层或正负极)之间的相容性，增强该第一耐热纤维层与第一陶瓷层之间、和/或第一耐热纤维层与外层结构(第一粘结层或正负极)之间的结合力，有利于改善所制备的聚合物复合膜在高温条件下的机械性能。