[发明专利]聚合物隔膜及其制备方法和应用以及锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物隔膜及其制备方法以及含有该聚合物隔膜的锂离子电池及其制备方法，所述聚合物隔膜含有多孔基材、亲水性阻滞层以及多孔极性聚合物粘结层，所述亲水性阻滞层设置在所述多孔基材和所述多孔极性聚合物粘结层之间，所述多孔极性聚合物粘结层中的孔壁具有结节结构。将该聚合物隔膜用于锂离子电池，能与锂离子电池的正极和负极牢固地粘结在一起，使得锂离子电池具有较高的硬度，并使锂离子电池显示出良好的性能。所述制备方法在配制极性聚合物粘结剂溶液时，既可以采用低沸点溶剂，也可以采用操作安全性更高的高沸点溶剂，采用高沸点溶剂时，不仅能提高操作安全性，而且不会导致锂离子电池性能的明显下降。

技术领域

本发明涉及一种聚合物隔膜及其制备方法和应用，本发明还涉及采用该聚合物隔膜的锂离子电池及其制备方法。

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，用于分隔正、负极，防止电池内部短路；隔膜允许电解质离子自由通过，完成电化学充放电过程。隔膜的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。

由于具有原料价格低廉、制备工艺简单、机械强度高、电化学稳定性强等特点，机械拉伸法制备的聚乙烯、聚丙烯微孔膜是目前主要商用的锂离子电池隔膜。但是，商用微孔膜在熔融温度附近闭孔收缩造成电池短路，使电池具有高温下燃烧和爆炸的危险；除此之外，聚烯烃隔膜对电解液吸附性差，不利于充放电过程中锂离子的传导。

目前，在聚烯烃微孔膜两侧涂覆聚醚类(如聚氧化乙烯)、聚丙烯腈类、聚丙烯酸酯类(如聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物)、聚偏氟乙烯类(包括聚偏二氟乙烯、以及偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)等极性聚合物的多孔膜是可以改善隔膜吸附电解液性能，同时降低微孔膜在熔融温度附近收缩比率的主要方法。倒相法是制备多孔膜的主要方法之一，其主要包括两种形式：(1)溶剂蒸发沉淀相分离法；(2)浸入沉淀相分离法。

在实际生产中，聚偏氟乙烯系(PVdF)涂覆技术已得到了广泛应用。聚偏氟乙烯系(PVdF)涂覆技术采用溶剂蒸发沉淀相分离法在聚烯烃微孔膜表面造孔得到PVdF多孔膜，其具体操作工艺为：将聚偏氟乙烯溶解或分散于丙酮中，并添加一定量的致孔剂DMC(二甲基碳酸酯)，形成浆液，将该浆液涂布在聚烯烃微孔膜表面并进行干燥。干燥的过程中，先挥发除去潜溶剂丙酮，再蒸发除去致孔剂DMC，从而留下孔隙。

发明内容

现有的聚偏氟乙烯系(PVdF)涂覆技术采用低沸点丙酮作为溶剂，操作安全性有待提高。本发明的发明人在研究过程中发现尽管采用高沸点的溶剂代替丙酮，可以提高操作安全性，但是采用高沸点的溶剂配制聚偏氟乙烯系聚合物溶液而制备的锂离子电池的性能明显下降，经过研究发现，其原因可能在于：采用高沸点的溶剂配制的聚偏氟乙烯系聚合物溶液渗透性极强，聚合物溶液极易穿透隔膜而到达与涂布面相对的另一个表面，从而将聚偏氟乙烯系聚合物也带入隔膜的孔隙中，由于聚偏氟乙烯系聚合物的流动性和渗透性远低于有机溶剂，被有机溶剂携带进入隔膜的聚偏氟乙烯系聚合物通常存留在隔膜的孔隙中，堵塞隔膜，对隔膜的透气性和孔隙率产生不利影响，提高聚合物隔膜的本体阻抗，降低离子电导率，对最终制备的锂离子电池的性能产生不良影响。尽管现有的聚烯烃隔膜表面通常形成陶瓷层以提高隔膜的热稳定性以及吸附电解液的能力，但是即便具有所述陶瓷层的聚烯烃隔膜也难以阻挡聚合物溶液穿透隔膜。

针对采用高沸点的溶剂配制聚偏氟乙烯系聚合物溶液时存在的问题，本发明的发明人进行了深入的研究，发现：采用高沸点的溶剂配制聚偏氟乙烯系聚合物溶液时，如果在多孔基材(即，具有陶瓷层或不具有陶瓷层的聚烯烃多孔膜)与聚偏氟乙烯系聚合物之间设置亲水性阻滞层，能有效地抑制聚偏氟乙烯系聚合物溶液透过亲水性阻滞层而进入多孔基材中，从而有效地降低进入多孔基材中的聚偏氟乙烯系聚合物的量，提高聚合物隔膜的透气性和孔隙率，降低聚合物隔膜的本体阻抗，提高聚合物隔膜的离子电导率，使得制备的锂离子电池仍然具有较好的性能。在此基础上完成了本发明。