[发明专利]一种锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池隔膜及其制备方法，锂离子电池隔膜包括多孔基体及设置在多孔基体上至少一表面的多孔涂层；多孔涂层包括第一类聚合物微球，第二类聚合物微球和/或第三类聚合物微球；第一类聚合物微球的溶胀率小于第二类聚合物微球的溶胀率，第一类聚合物微球的弹性模量小于多孔基体的弹性模量，第一类聚合物微球的平均粒径比第二类聚合物微球或第三类聚合物微球的平均粒径大0.2μm以上。本发明提供的锂离子电池隔膜在多孔涂层中引入不同特性的聚合物微球，并按特定比例配比，可以同时赋予锂离子电池隔膜在实际电解液中的耐蠕变性能和先于多孔基体溶胀或熔融遮断的自遮断作用，显著改善锂离子电池隔膜的安全性能和可靠性。

技术领域

本发明属于电池隔膜技术领域，特别涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高，比能量大，比功率大，工作温度范围宽，没有记忆效应，存储时间长等众多优点，已被广泛应用于手机、笔记本电脑、动力工具和汽车等众多领域。然而随着能量密度的不断增加，越来越容易发生热失控，其安全风险也随之越来越大。电池隔膜作为电芯四大主材之一，起着隔离正负极，传导锂离子的作用，对电芯的安全和输出特性起着至关重要的作用。

由于传统的聚乙烯、聚丙烯的熔点分别只有135℃和165℃，同时其闭孔温度和破膜温度又很接近，因此基于聚乙烯和聚丙烯的电池隔膜在电芯发生安全事项时难以承受瞬间的高温而至熔融，使正负极发生短路，从而进一步加剧电芯发生热失控，最终产生安全事故。

为了弥补聚乙烯和聚丙烯的这一缺陷，改善电池隔膜的耐热性能，人们发明了陶瓷隔膜，通过在聚乙烯或聚丙烯电池隔膜两侧涂敷陶瓷涂层，来进一步改善隔膜的耐热性能。现有技术公开了一种多层多孔膜及其制备方法，该专利采用陶瓷涂敷隔膜，显著改善了隔膜的热稳定性，但其自遮断性能仍然依靠基膜本身，也就是说一旦电芯产生的瞬间热超过陶瓷隔膜的耐温能力，隔膜仍将发生熔融，使正负极短路，从而进一步加剧热失控，最终产生安全事故。另外，聚乙烯聚丙烯本身为一种容易蠕变的材料，因此基于该材料的隔膜在电芯循环过程中产生的往复力的作用下，容易发生蠕变，从而导致隔膜结构变化，引起电池循环后期性能劣化。而陶瓷涂层中的陶瓷颗粒的不规则形状则更容易引起应力集中，进一步加剧聚乙烯聚丙烯基膜的蠕变。

基于聚乙烯聚丙烯隔膜的这些缺点，人们又开发了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、PI这些耐热的高分子为基材的无纺布锂离子隔膜。现有技术公开了一种涂覆复合锂电池隔膜，采用无纺布PET涂敷陶瓷的方法能够显著改善了隔膜的热稳定性，然而目前该类隔膜还存在着孔径大、孔径分布不均的缺点，自放电大，还难以实际应用于现有电池体系，同时这类无纺布隔膜由于工艺原因，厚度较大。再者这类隔膜本身不具有自遮断功能，难以在电芯发生安全事项时通过自遮断作用来消除热失控。

现有技术公开了具有压缩弹性热关断耐高温的涂层隔膜，采用橡胶混杂陶瓷涂敷来改善隔膜的压缩弹性，然而该专利只研究了橡胶对于无电解液状态下的隔膜改善，而没有认识到电解液对橡胶及隔膜的影响。在实际电解液体系中，橡胶本身和电解液间的相互作用对隔膜性能存在着复杂的影响，只有当橡胶的弹性模量超过某一值及对电解液的溶胀率小于某一值时才能改善隔膜的耐应力蠕变；而对于那些模量较小溶胀率较大的橡胶反而会影响电池的性能。另外，该专利的自遮断作用只来自于聚乙烯(PE)基膜，陶瓷橡胶涂层只起改善隔膜热稳定性的作用，当PE发生自遮断时，隔膜往往失去机械强度，从而容易引起短路。该电池隔膜与常规陶瓷隔膜类似，难以有效发生自遮断作用。

因此，进一步开发一种新型高安全性、高可靠性且具有抗电芯循环往复能力和具有高温遮断能力的锂离子电池隔膜具有显著的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池隔膜，旨在解决现有技术中锂离子电池隔膜抗应力和耐高温性能差，导致其安全性、可靠性不佳的技术问题。

本发明的另一目的提供一种上述锂离子电池隔膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：